本發(fā)明屬于冷原子微波鐘領域，具體涉及一種用于冷原子噴泉鐘的全焊接ramsey微波諧振腔。
背景技術：
1、冷原子噴泉鐘作為高精度時間頻率標準的核心裝置，其性能直接影響國際原子時的穩(wěn)定性和準確性。ramsey微波諧振腔是實現(xiàn)原子與微波相互作用的關鍵部件，其性能缺陷可能引發(fā)微波泄漏頻移，成為制約噴泉鐘頻率不確定度和穩(wěn)定度的主要因素?，F(xiàn)有方案中，抑制微波泄漏頻移主要分為兩類，主動型抑制方案如使用mach-zehnder干涉開關，采用快速頻率跳變技術，對饋入微波時序、頻率進行控制，主動型抑制方案普遍依賴于外界環(huán)境的穩(wěn)定性，存在著環(huán)境適應性差的問題，難以從根本上消除泄漏頻移。被動型抑制方案通過緊固件和機械密封結構減少微波泄漏，并在ramsey腔上截止波導設置封閉的頂端原子上拋區(qū)，抑制上方飛行區(qū)原子通道的微波泄漏頻移，得到了廣泛應用。
2、現(xiàn)有的ramsey諧振腔采用圓柱形腔體與截止波導的組合結構，通過緊固件實現(xiàn)部件連接。典型方案中，在諧振腔腔體的上、下方設計的截止波導用于抑制冷原子黏團過腔孔洞的微波泄漏，各部件之間通過鈦合金螺絲壓合銦絲進行密封。此類結構在外界物理環(huán)境穩(wěn)定的情況下雖能達到抑制腔內微波功率溢出的效果。但對于超冷銫原子噴泉鐘，ramsey微波腔工作在液氮溫度(80k)下，而微波腔的調試只能在室溫環(huán)境下進行，微波腔調試環(huán)境與工作環(huán)境存在巨大溫度差異(高達220k)。同時，由于部件之間的連接位置存在三種材料(鈦合金螺絲、銦絲、部件材料)，且三種材料的熱膨脹系數不同，在工作環(huán)境與調試環(huán)境之間的顯著溫差時，導致經室溫調試后的部件連接處在液氮溫度下仍然存在著微波泄漏的隱患。另外，在高低溫過程后，不同材料的熱形變差異帶來的機械應力會導致鈦合金緊固螺絲的緊固效果下降，形成潛在的微波泄漏通道，對腔體機械結構強度帶來隱患。為釋放機械應力，在使用鈦合金螺絲緊固、銦絲密封各部件后，還需要至少2周以上的調試時間，在應力釋放過程中，諧振腔的諧振頻率會降低，偏移量可達到幾百khz，期間需對鈦合金螺絲進行適當緊固以補償降低的頻率，直至諧振腔的中心頻率穩(wěn)定在9.192632ghz±10khz處。若螺絲的緊固程度過高，應力釋放過程中無法將頻率降低至可用區(qū)間，則只能拆卸掉鈦螺絲、銦絲，對微波腔進行重新填充和調諧，增加了時間成本。此外，現(xiàn)有方案中，通過在原子自由飛行區(qū)頂部設置密封的頂端原子上拋區(qū)來抑制泄漏的方式，會影響真空泵抽氣效率，導致飛行區(qū)真空度下降，加劇了原子團損耗。
3、因此，為消除腔內微波泄漏引起的頻移，抑制自由飛行區(qū)的微波泄漏頻移，需要一種ramsey微波諧振腔結構。
技術實現(xiàn)思路
1、為了解決現(xiàn)有技術中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種用于冷原子噴泉鐘的全焊接ramsey微波諧振腔。本發(fā)明要解決的技術問題通過以下技術方案實現(xiàn)：
2、本發(fā)明提供了一種用于冷原子噴泉鐘的全焊接ramsey微波諧振腔，包括：ramsey諧振腔、飛行區(qū)波導、截止波導和微波饋入系統(tǒng)，其中，所述飛行區(qū)波導設置于所述ramsey諧振腔的上方，所述飛行區(qū)波導的上方構成非封閉式原子自由飛行通道；所述飛行區(qū)波導通過焊接連接所述截止波導；所述截止波導通過焊接連接所述ramsey諧振腔；所述微波饋入系統(tǒng)一體連接所述ramsey諧振腔。
3、在本發(fā)明的一個實施例中，所述ramsey諧振腔為圓柱形腔體，且所述圓柱形腔體的頂部和底部均設有原子通道小孔。
4、在本發(fā)明的一個實施例中，所述飛行區(qū)波導包括：從上至下依次連接的飛行區(qū)上截止波導和飛行區(qū)波導管，所述飛行區(qū)上截止波導和所述飛行區(qū)波導管為一體結構，所述飛行區(qū)波導管通過焊接連接所述截止波導。
5、在本發(fā)明的一個實施例中，所述飛行區(qū)上截止波導的直徑小于所述飛行區(qū)波導管的直徑。
6、在本發(fā)明的一個實施例中，所述截止波導包括：諧振腔上截止波導和諧振腔下截止波導，其中，所述諧振腔上截止波導的第一端通過焊接連接所述飛行區(qū)波導管，所述諧振腔上截止波導的第二端連接所述ramsey諧振腔的第一端，且與所述ramsey諧振腔構成一體結構；所述諧振腔下截止波導連接所述ramsey諧振腔的第二端，且與所述ramsey諧振腔構成一體結構。
7、在本發(fā)明的一個實施例中，所述微波饋入系統(tǒng)包括矩形波導、矩形波導蓋和半剛電纜，其中，所述矩形波導與所述矩形波導蓋通過焊接連接；所述半剛電纜通過焊接連接所述矩形波導。
8、在本發(fā)明的一個實施例中，所述矩形波導至少設置有兩個，兩個所述矩形波導對稱設置于所述ramsey諧振腔的兩側；所述矩形波導與所述ramsey腔為一體機械加工結構。
9、在本發(fā)明的一個實施例中，所述ramsey諧振腔、所述飛行區(qū)上截止波導、所述飛行區(qū)波導管、所述諧振腔上截止波導、所述諧振腔下截止波導、所述矩形波導和所述波導蓋均采用無氧銅材料；所述半剛電纜的外層為無氧銅材料，芯線為鍍銀無氧銅材料，介質層為聚四氟乙烯材料。
10、在本發(fā)明的一個實施例中，所述飛行區(qū)波導管與所述諧振腔上截止波導之間、所述諧振腔上截止波導與所述ramsey諧振腔之間、諧振腔下截止波導與所述ramsey諧振腔之間、以及所述波導蓋與所述矩形波導之間均通過電子束焊接密封連接；所述半剛電纜通過無鉛焊錫焊接連接所述矩形波導。
11、在本發(fā)明的一個實施例中，用于冷原子噴泉鐘的全焊接ramsey微波諧振腔采用兩級耦合，第一級耦合為所述半剛電纜耦合至所述矩形波導，第二級耦合為所述矩形波導耦合至所述ramsey諧振腔；其中，所述第一級耦合為電耦合，所述第二級耦合為小孔耦合。
12、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于：
13、本發(fā)明的用于冷原子噴泉鐘的全焊接ramsey微波諧振腔，通過整體式焊接工藝實現(xiàn)了全腔體一體化結構，徹底消除了傳統(tǒng)銦絲密封和鈦合金緊固件因材料熱膨脹差異導致的微波泄漏隱患，且在焊接完畢后，不再需要重復調試，縮減了諧振腔調諧周期，尤其適應于低溫工作環(huán)境場景。同時通過非封閉式原子自由飛行通道，便于真空系統(tǒng)保持飛行區(qū)內的高真空狀態(tài)，且使得冷原子黏團的損耗減小，原子信號較大。
14、上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。
1.一種用于冷原子噴泉鐘的全焊接ramsey微波諧振腔，其特征在于，包括：ramsey諧振腔(100)、飛行區(qū)波導(200)、截止波導(300)和微波饋入系統(tǒng)(400)，其中，
2.根據權利要求1所述的用于冷原子噴泉鐘的全焊接ramsey微波諧振腔，其特征在于，所述ramsey諧振腔(100)為圓柱形腔體，且所述圓柱形腔體的頂部和底部均設有原子通道小孔。
3.根據權利要求1所述的用于冷原子噴泉鐘的全焊接ramsey微波諧振腔，其特征在于，所述飛行區(qū)波導(200)包括：從上至下依次連接的飛行區(qū)上截止波導(210)和飛行區(qū)波導管(220)，所述飛行區(qū)上截止波導(210)和所述飛行區(qū)波導管(220)為一體結構，所述飛行區(qū)波導管(220)通過焊接連接所述截止波導(300)。
4.根據權利要求3所述的用于冷原子噴泉鐘的全焊接ramsey微波諧振腔，其特征在于，所述飛行區(qū)上截止波導(210)的直徑小于所述飛行區(qū)波導管(220)的直徑。
5.根據權利要求3所述的用于冷原子噴泉鐘的全焊接ramsey微波諧振腔，其特征在于，所述截止波導(300)包括：諧振腔上截止波導(310)和諧振腔下截止波導(320)，其中，所述諧振腔上截止波導(310)的第一端通過焊接連接所述飛行區(qū)波導管(220)，所述諧振腔上截止波導(310)的第二端連接所述ramsey諧振腔(100)的第一端，且與所述ramsey諧振腔(100)構成一體結構；所述諧振腔下截止波導(320)連接所述ramsey諧振腔(100)的第二端，且與所述ramsey諧振腔(100)構成一體結構。
6.根據權利要求5所述的用于冷原子噴泉鐘的全焊接ramsey微波諧振腔，其特征在于，所述微波饋入系統(tǒng)(400)包括矩形波導(410)、矩形波導蓋(420)和半剛電纜(430)，其中，所述矩形波導(410)與所述矩形波導蓋(420)通過焊接連接；所述半剛電纜(430)通過焊接連接所述矩形波導(410)；所述矩形波導(410)與所述ramsey腔(100)為一體機械加工結構。
7.根據權利要求6所述的用于冷原子噴泉鐘的全焊接ramsey微波諧振腔，其特征在于，所述矩形波導(410)至少設置有兩個，兩個所述矩形波導(410)對稱設置于所述ramsey諧振腔(100)的兩側。
8.根據權利要求7所述的用于冷原子噴泉鐘的全焊接ramsey微波諧振腔，其特征在于，所述ramsey諧振腔(100)、所述飛行區(qū)上截止波導(210)、所述飛行區(qū)波導管(220)、所述諧振腔上截止波導(310)、所述諧振腔下截止波導(320)、所述矩形波導(410)和所述波導蓋(420)均采用無氧銅材料；
9.根據權利要求7所述的用于冷原子噴泉鐘的全焊接ramsey微波諧振腔，其特征在于，所述飛行區(qū)波導管(220)與所述諧振腔上截止波導(310)之間、所述諧振腔上截止波導(310)與所述ramsey諧振腔(100)之間、諧振腔下截止波導(320)與所述ramsey諧振腔(100)之間、以及所述波導蓋(420)與所述矩形波導(410)之間均通過電子束焊接密封連接；所述半剛電纜(430)通過無鉛焊錫焊接連接所述矩形波導(410)。
10.根據權利要求6所述的用于冷原子噴泉鐘的全焊接ramsey微波諧振腔，其特征在于，用于冷原子噴泉鐘的全焊接ramsey微波諧振腔采用兩級耦合，第一級耦合為所述半剛電纜(430)耦合至所述矩形波導(410)，第二級耦合為所述矩形波導(410)耦合至所述ramsey諧振腔(100)；其中，所述第一級耦合為電耦合，所述第二級耦合為小孔耦合。