[发明专利]CPT原子钟的物理系统

说明书

本申请涉及CPT原子钟的物理系统，包括安装基板以及在其上顺次排布的激光器组件、准直透镜组件及磁屏蔽壳组件，磁屏蔽壳组件的内部设置有碱金属气室，磁屏蔽气室组件的相对两侧开设有过光孔，激光器组件的光轴、准直透镜组件的光轴及磁屏蔽壳组件上的过光孔同轴设置，激光器组件包括第一绝热支架、第一功率场效应管、VCSEL激光二极管及第一热敏电阻，第一绝热支架的下部与安装基板固定连接，第一功率场效应管设置在第一绝热支架上，VCSEL激光二极管及第一热敏电阻均固定至第一功率场效应管的散热片上。通过将第一功率场效应管的S极和D极分别连接到电源和地上，直接利用场效应管的自身发热来对激光二极管加热，电能的利用效率高。

技术领域

本申请涉及原子钟领域，尤其涉及一种CPT原子钟的物理系统。

背景技术

CPT原子钟是一种可以小型化低功耗的实用原子钟，具有较大的应用潜力。CPT原子钟由物理部分和电路部分组成。物理部分工作中由于需要加热控温，因此是主要整机的重要耗能部分。典型的CPT原子钟整机功耗通常在1W左右，和传统的铷原子钟(典型功耗8W～15W)及恒温晶振(典型功耗2W～5W)相比有一定优势，但也不是特别明显。新型CPT原子钟的物理部分采用MEMS工艺减小尺寸，采用高真空绝热等技术工艺增大了热阻，功耗可以降低到0.1W～0.25W，相比传统原子钟和恒温晶振优势明显，但MEMS工艺和高真空绝热难度大，制作复杂，产品成本高。

发明内容

有鉴于此，本申请提出了一种CPT原子钟的物理系统，包括安装基板以及在所述安装基板上顺次排布的激光器组件、准直透镜组件及磁屏蔽壳组件；所述磁屏蔽壳组件的内部设置有碱金属气室，所述磁屏蔽气室组件的相对两侧开设有过光孔；所述激光器组件的光轴、所述准直透镜组件的光轴及所述磁屏蔽壳组件上的过光孔同轴设置；所述激光器组件包括第一绝热支架、第一功率场效应管、VCSEL激光二极管及第一热敏电阻；所述第一绝热支架的下部与所述安装基板固定连接；所述第一功率场效应管设置在所述第一绝热支架上；所述VCSEL激光二极管及所述第一热敏电阻均固定至所述第一功率场效应管的散热片上。

在一种可能的实现方式中，所述VCSEL激光二极管通过导电胶粘接固定至所述第一功率场效应管的散热片上。

在一种可能的实现方式中，所述第一热敏电阻的一端与所述第一功率场效应管的散热片焊接固定。

在一种可能的实现方式中，所述第一功率场效应管为P型功率场效应管，所述第一功率场效应管的S级与电源电连接，所述第一功率场效应管的D极与所述第一功率场效应管上的散热片相连通，以使所述第一功率场效应管的D极接地；所述VCSEL激光二极管的负极与所述第一功率场效应管的D极电连接，且接地；所述第一热敏电阻的一端与所述第一功率场效应管的D极电连接，且接地；所述第一功率场效应管的D极、所述VCSEL激光二极管的负极以及所述第一热敏电阻的一端为等电位点。

在一种可能的实现方式中，磁屏蔽壳组件包括外屏蔽盒、第二绝热支架及内屏蔽盒；所述外屏蔽盒固定设置在所述安装基板上；所述第二绝热支架呈“Π”字型，固定至所述外屏蔽盒的底部内壁；所述内屏蔽盒位于所述外屏蔽盒内，所述内屏蔽盒固定至所述第二绝热支架上，且所述碱金属气室置于所述内屏蔽盒内。

在一种可能的实现方式中，所述磁屏蔽壳组件还包括线圈；所述内屏蔽盒呈“凸”字型，在所述第二绝热支架上水平放置，所述内屏蔽盒对称的两侧腔室内分别安装有线圈，所述线圈与所述过光孔同轴设置；所述碱金属气室为柱形透光材质，且位于两侧的所述线圈分别贴附所述碱金属气室的两个通光面。

在一种可能的实现方式中，所述内屏蔽盒向外凸起相对的侧壁外固定安装有第二功率场效应管及第二热敏电阻。

在一种可能的实现方式中，所述外屏蔽盒与所述内屏蔽盒的间距大于1mm。