【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及漫反射冷原子钟，尤其涉及一种漫反射冷原子钟的物理系统、磁场测量系统及方法。
技术介绍
1、原子钟作为最精确的时间频率标准，在导航、通信、电网、国防等众多领域都有着重要的应用，现代社会的不断发展对原子钟提出了集成化程度高、性能表现优异同时环境适应性强的要求。原子原位型原子钟里的作用原子始终被局限在小区域内，具有系统构成简单的优势，便于产业化推广，因此得到广泛应用。目前的原子原位型原子钟主要有气泡式原子钟和漫反射冷原子钟，气泡式原子钟将原子囚禁在气室里，并在气室里充入缓冲气体以压窄多普勒展宽，但其存在受环境稳定影响严重、原子相干时间短、极限性能差等缺点。漫反射冷原子钟通过漫反射光将原子冷却至接近绝对零度，有效解决了因原子热运动导致的多普勒展宽原子相干时间短的问题，其极限性能相比于气泡式原子钟可提升一至两个数量级；相比于喷泉式原子钟等，漫反射式冷原子钟具有原子始终处于原位、系统构成简单、鲁棒性强等优点，因此漫反射冷原子钟也得到了各方越来越多的关注。
2、漫反射冷原子钟的核心在于其物理系统，将原子跃迁频率提取出来的光谱作用主要在物理系统里发生。一般情况下，漫反射冷原子钟的物理系统由微波腔、真空系统、c场(外加静磁场)、磁屏蔽等构成。其中，微波腔提供原子跃迁所需要的te011模式微波场；c场系统一般是在c场桶外侧绕制c场线圈形成，用于提供静磁场，一方面给原子提供量子化轴，另一方面可使原子能级产生塞曼分裂，提供钟频跃迁能级。目前漫反射冷原子钟的物理系统制程中，是将c场线圈绕制在c场桶上后再将c场桶与真空系统固定。而
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种漫反射冷原子钟的物理系统、磁场测量系统及方法，降低物理系统的复杂程度，提高系统鲁棒性，降低产品成本，同时便于c场测量，提高测量准确度。
2、为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
3、一种漫反射冷原子钟的物理系统，包括原子团、微波腔体、真空腔体和外加线圈，所述真空腔体为一体式中空结构，所述真空腔体包括主腔体，所述微波腔体设于所述主腔体的内部，所述原子团设于所述微波腔体的内部，所述外加线圈以螺旋形均匀地缠绕于所述主腔体的外侧壁上。
4、优选地，所述主腔体的上下两端外侧壁分别设有第一限位凸缘和第二限位凸缘，所述外加线圈处于所述第一限位凸缘与所述第二限位凸缘之间。
5、优选地，所述主腔体的外侧壁设有螺纹槽，所述螺纹槽在所述主腔体的外侧壁以螺旋形均匀排布，所述螺纹槽的结构与所述外加线圈的结构相匹配。
6、优选地，所述真空腔体还包括真空管道和副腔体，所述副腔体通过所述真空管道与所述主腔体连通，所述副腔体用于安装真空泵。
7、优选地，所述微波腔体的上下两端中部分别设有第一开口和第二开口。
8、优选地，所述真空腔体及所述外加线圈的外部设有多层磁屏蔽筒，各磁屏蔽筒的中轴线与所述主腔体的中轴线重合。
9、根据本专利技术的另一面，提供一种漫反射冷原子钟的磁场测量系统，其包括支撑杆、连接杆、管尺、磁强计、第一磁屏蔽筒、第二磁屏蔽筒以及如上所述的漫反射冷原子钟的物理系统中的真空腔体和外加线圈。
10、所述外加线圈以螺旋形均匀地缠绕于所述主腔体的外侧壁上，所述第一磁屏蔽筒设于所述真空腔体及所述外加线圈的外部，所述第二磁屏蔽筒设于所述第一磁屏蔽筒的外部，所述第一磁屏蔽筒的中轴线、所述第二磁屏蔽筒的中轴线与所述主腔体的中轴线重合；所述第一磁屏蔽筒与所述真空腔体之间填充有支撑物。
11、所述磁强计具有磁强计探头，所述磁强计探头从所述管尺的尾端伸入所述管尺内至所述磁强计探头的端面与所述管尺的零刻度线齐平，所述磁强计探头与所述管尺的零刻度线端固定；所述管尺的零刻度线端沿所述第二磁屏蔽筒的中轴线依次穿过所述第二磁屏蔽筒、所述第一磁屏蔽筒、所述主腔体后伸入至所述主腔体内，所述第二磁屏蔽筒、所述第一磁屏蔽筒、所述主腔体上分别设有用以供所述管尺穿过的通孔。
12、所述支撑杆设于所述第二磁屏蔽筒的外侧，且所述支撑杆与所述第二磁屏蔽筒的中轴线平行，所述连接杆的一端与所述支撑杆活动连接，所述连接杆的另一端与所述管尺的尾端固定连接，且所述连接杆垂直于所述支撑杆和所述管尺。
13、另外，本专利技术还提供一种漫反射冷原子钟的磁场测量方法，其包括以下步骤：
14、步骤s1：准备器件：提供如上所述的漫反射冷原子钟的磁场测量系统中的支撑杆、连接杆、管尺、磁强计、第一磁屏蔽筒、第二磁屏蔽筒、真空腔体和外加线圈；
15、步骤s2：缠绕线圈：将所述外加线圈缠绕于所述真空腔体的主腔体的外侧壁并固定；
16、步骤s3：组装磁屏蔽筒：将所述第一磁屏蔽筒置于所述第二磁屏蔽筒内，将缠绕有所述外加线圈的所述真空腔体置于所述第一磁屏蔽筒内，并在所述第一磁屏蔽筒与所述真空腔体之间填充支撑物，使得所述第一磁屏蔽筒的中轴线、所述第二磁屏蔽筒的中轴线与所述真空腔体的主腔体的中轴线重合，且所述第二磁屏蔽筒、所述第一磁屏蔽筒、所述主腔体上分别预留用以供所述管尺穿过的通孔；
17、步骤s4：组装磁强计和管尺：首先，将磁强计探头从所述管尺的尾端伸入所述管尺内至所述磁强计探头的端面与所述管尺的零刻度线齐平，并将所述磁强计探头与所述管尺的零刻度线端固定；其次，支撑杆与第二磁屏蔽筒的中轴线保持平行，将所述连接杆的一端与所述支撑杆活动连接，并将所述连接杆的另一端与所述管尺固定连接，且使所述连接杆垂直于所述支撑杆和所述管尺；之后，将所述管尺的零刻度线端沿所述第二磁屏蔽筒的中轴线依次穿过所述第二磁屏蔽筒、所述第一磁屏蔽筒、所述主腔体上的通孔后伸入至所述主腔体内，至所述管尺的零刻度线端的端面抵住所述主腔体的内壁；
18、步骤s5：磁场测量：利用所述连接杆带动所述管尺沿轴向运动，且每隔一段设定间距就测量该轴向位置对应的一组磁场数据，该轴向位置对应的一组磁场数据包括所述外加线圈通电后该轴向位置的实际磁场场强、所述外加线圈断电后该轴向位置的实际磁场场强；其中，所述外加线圈通电后该轴向位置的实际磁场场强、所述外加线圈断电后该轴向位置的实际磁场场强均利用所述磁强计测量获得，则该轴向位置的轴向磁场场强为所述外加线圈通电后该轴向位置的实际磁场场强与所述外加线圈断电后该轴向位置的实际磁场场强之差；同时，磁场测量过程中根据测量结果调节所述外加线圈的工作电流，以使所述主腔体内各轴向位置的轴向磁场场强控制在设定的轴向磁场场强范围内，且使测试后所述主腔体内轴向位置的磁场波动不超过设定值。
19、优选地，所述设定间距为0.5mm。
20、优选地，所述设定的轴向磁场场强范围为200nt-300nt，所述磁场波动的设定值为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种漫反射冷原子钟的物理系统，其特征在于：包括原子团、微波腔体、真空腔体和外加线圈，所述真空腔体为一体式中空结构，所述真空腔体包括主腔体，所述微波腔体设于所述主腔体的内部，所述原子团设于所述微波腔体的内部，所述外加线圈以螺旋形均匀地缠绕于所述主腔体的外侧壁上。
2.如权利要求1所述的漫反射冷原子钟的物理系统，其特征在于：所述主腔体的上下两端外侧壁分别设有第一限位凸缘和第二限位凸缘，所述外加线圈处于所述第一限位凸缘与所述第二限位凸缘之间。
3.如权利要求1所述的漫反射冷原子钟的物理系统，其特征在于：所述主腔体的外侧壁设有螺纹槽，所述螺纹槽在所述主腔体的外侧壁以螺旋形均匀排布，所述螺纹槽的结构与所述外加线圈的结构相匹配。
4.如权利要求1所述的漫反射冷原子钟的物理系统，其特征在于：所述真空腔体还包括真空管道和副腔体，所述副腔体通过所述真空管道与所述主腔体连通，所述副腔体用于安装真空泵。
5.如权利要求1所述的漫反射冷原子钟的物理系统，其特征在于：所述微波腔体的上下两端中部分别设有第一开口和第二开口。
6.如权利要求1所述
7.一种漫反射冷原子钟的磁场测量系统，其特征在于：包括支撑杆、连接杆、管尺、磁强计、第一磁屏蔽筒、第二磁屏蔽筒以及如权利要求1-6中任意一项所述的漫反射冷原子钟的物理系统中的真空腔体和外加线圈；
8.一种漫反射冷原子钟的磁场测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
9.如权利要求8所述的漫反射冷原子钟的磁场测量方法，其特征在于：所述设定间距为0.5mm。
10.如权利要求8所述的漫反射冷原子钟的磁场测量方法，其特征在于：所述设定的轴向磁场场强范围为200nT-300nT，所述磁场波动的设定值为2nT。
...【技术特征摘要】
1.一种漫反射冷原子钟的物理系统，其特征在于：包括原子团、微波腔体、真空腔体和外加线圈，所述真空腔体为一体式中空结构，所述真空腔体包括主腔体，所述微波腔体设于所述主腔体的内部，所述原子团设于所述微波腔体的内部，所述外加线圈以螺旋形均匀地缠绕于所述主腔体的外侧壁上。
2.如权利要求1所述的漫反射冷原子钟的物理系统，其特征在于：所述主腔体的上下两端外侧壁分别设有第一限位凸缘和第二限位凸缘，所述外加线圈处于所述第一限位凸缘与所述第二限位凸缘之间。
3.如权利要求1所述的漫反射冷原子钟的物理系统，其特征在于：所述主腔体的外侧壁设有螺纹槽，所述螺纹槽在所述主腔体的外侧壁以螺旋形均匀排布，所述螺纹槽的结构与所述外加线圈的结构相匹配。
4.如权利要求1所述的漫反射冷原子钟的物理系统，其特征在于：所述真空腔体还包括真空管道和副腔体，所述副腔体通过所述真空管道与所述主腔体连通，所述副腔体用于安装真空泵。
...【专利技术属性】
技术研发人员：李转霞，董功勋，常彦波，苗一鸣，徐斌，赵鑫，林雪晴，屈求智，
申请(专利权)人：凯瑟斯技术杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：
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