一种铷铯双原子束源装置
技术领域
本发明涉原子束领域，特别是涉及一种铷铯双原子束源装置。
背景技术
原子束为原子和电磁场提供了无碰撞效应的互作用环境，使得其在基础物理和工程技术上都具有极大应用价值。因此，研制束流方向和速度可控、无碰撞且强度稳定的原子束流装置始终是原子物理以及量子精密测量领域的重要课题之一。众所周知，单原子束产生装置(通常又被简称为原子束炉)已经被科学家广泛研究，最著名的便是已成功用于铯束原子钟上的束流源(或称之为“铯炉”)，该铯炉为铯原子和微波、激光之间的相互作用提供了高品质无碰撞原子束，使得铯束原子钟具有显著优于传统气室型原子钟的准确度和稳定度，特别是在长期稳定度方面优势明显。目前国际上商品化束型原子钟主要是美国原惠普公司研制的HP 5071A热铯束原子钟。
束型原子钟能够提供极高水平的标准时间频率信号输出，因此在卫星导航定位、电力网络同步和5G通信基站建设上都有基础性作用，国际上其他主要科研大国，如中国、法国、日本等也都在进行束型原子钟的研制攻关。在这一背景下，进行原子钟核心部件之一——原子束流产生装置的创新开发就显得十分必要和紧迫。
如前所述，单原子束流产生装置的研制历史已有多年，但相关机构仍在不断改进，推陈出新。在此基础上，近年来国际上出现了双原子系统研究热潮，相比单原子互作用系统，双原子体系为精密测量物理提供了一个潜力巨大的理想平台。比如已报道的通过对铷原子和铯原子跃迁频率比例的高精度测量，可检验爱因斯坦等效原理和基本物理常数的变化等。在这一比较测量实验中，保证铷铯两种原子所处环境的一致性，这可显著降低环境引起的测量不确定度。
现有的铷铯双原子跃迁的双模微波腔为铷原子束和铯原子提供了相同的原子-微波互作用区。然而，若要保证铷铯两种原子和微波场相互作用位置精确一致，提高精密测量水平，还要求要有一个能产生铷铯两种原子束，并确保两种原子束行进路径完全一致的双原子束源产生装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种铷铯双原子束源装置，达到铷原子和铯经原子的行进路径精确重叠的技术效果。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种铷铯双原子束源装置，所述装置包括双原子束源装置、金属原子束高准直器、铷原子真空密封筒和铯原子真空密封筒，所述铷原子真空密封筒用于产生铷原子束，所述铯原子真空密封筒用于产生铯原子束，所述铷原子真空密封筒与所述双原子束源装置的铷原子通道连接，所述铯原子真空密封筒与所述双原子束源装置的铯原子通道连接，所述铷原子束和所述铯原子束分别通过所述铷原子通道和所述铯原子通道进入位于所述双原子束源装置内部的所述金属原子束高准直器，经所述金属原子束高准直器的准直通道喷出，形成铷铯双原子束。
可选的，所述铷原子真空密封筒包括铷原子泡和铷蒸汽平衡室，所述铷原子泡和所述铷蒸汽平衡室位于所述铷原子真空密封筒内部，所述铷原子泡设置于所述铷原子真空密封筒的击穿端，所述所述铷蒸汽平衡室设置于所述铷原子真空密封筒的出射端，所述铷原子泡内储存的铷原子被击穿后，加热形成铷原子蒸汽，进入所述铷蒸汽平衡室形成铷原子饱和蒸气压，通过所述铷原子通道进入所述金属原子束高准直器。
可选的，所述铷原子真空密封筒还包括第一致密海绵镍筒和铷原子泡加热装置，所述第一致密海绵镍筒紧贴于所述铷原子真空密封筒的内壁，用于吸附被击穿的铷原子，所述铷原子泡加热装置缠绕在所述铷原子真空密封筒外侧，用于所述铷原子泡的单独加热和温控。
可选的，所述铷蒸汽平衡室外侧设有第一压缩弹簧，对所述铷原子泡施加压力，用于使所述铷原子泡与所述铷原子真空密封筒的击穿端设置的铷原子泡击穿电极紧密接触。
可选的，所述铯原子真空密封筒包括铯原子泡和铯蒸汽平衡室，所述铯原子泡和所述铯蒸汽平衡室位于所述铯原子真空密封筒内部，所述铯原子泡设置于所述铯原子真空密封筒的击穿端，所述所述铯蒸汽平衡室设置于所述铯原子真空密封筒的出射端，所述铯原子泡内储存的铯原子被击穿后，加热形成铯原子蒸汽，进入所述铯蒸汽平衡室形成铯原子饱和蒸气压，通过所述铯原子通道进入所述金属原子束高准直器。
可选的，所述铯原子真空密封筒还包括第二致密海绵镍筒和铯原子泡加热装置，所述第二致密海绵镍筒紧贴于所述铯原子真空密封筒的内壁，用于吸附被击穿的铯原子，所述铯原子泡加热装置缠绕在所述铯原子真空密封筒外侧，用于所述铯原子泡的单独加热和温控。
可选的，所述铯蒸汽平衡室外侧套设有第二压缩弹簧，对所述铯原子泡施加压力，用于使所述铯原子泡与所述铯原子真空密封筒的击穿端设置的铯原子泡击穿电极紧密接触。
可选的，所述金属原子束高准直器包括多个平片、多个波浪片和挤压块，两个所述平片之间依次设置所述平片和所述波浪片，使所述平片与所述波浪片间隔叠加装配，所述挤压快将所装配好的所述平片与所述波浪片挤压成一个整体，组成所述准直通道。
可选的，所述双原子束源装置包括两个安装孔，用于安装使所述金属原子束高准直器保温的加热管。
可选的，所述双原子束源装置还包括定位孔和定位销，所述定位销插入所述定位孔，用于将所述双原子束源装置和所述金属原子束高准直器精密装配。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明设置铷原子真空密封筒和铯原子真空密封筒，分别产生铷原子和铯原子，铷原子和铯原子分别经铷原子通道和铯原子通道后进入同一金属原子束高准直器，使铷原子和铯经原子的行进路径精确重叠，为铷原子-微波和铯原子-微波在同一位置发生相互作用提供了前提，实现提高精密测量的精度，同时还有利于铷铯双原子钟的研制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的铷铯双原子束源装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的金属原子束高准直器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种铷铯双原子束源装置，实现使铷原子和铯经原子的行进路径精确重叠的技术效果。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例
如图1所示，铷铯双原子束源装置包括，双原子束源装置1，金属原子束高准直器3、铷原子真空密封筒11和铯原子真空密封筒18，铷原子真空密封筒11，铷原子真空密封筒11用于产生铷原子束，铯原子真空密封筒18用于产生铯原子束，铷原子真空密封筒11与双原子束源装置1的铷原子通道5连接，铯原子真空密封筒18与双原子束源装置1的铯原子通道6连接，铷原子束和铯原子束分别通过铷原子通道5和铯原子通道6进入位于双原子束源装置1内部的金属原子束高准直器3，经金属原子束高准直器的准直通道喷出，形成铷铯双原子束。
铷铯两种原子从各自的原子泡发出之后进入同一金属原子束高准直器3喷出，使铷原子束和铯原子束的行进路径精确重叠，为铷原子-微波和铯原子-微波在同一位置发生相互作用提供了前提，实现提高精密测量的精度，同时还有利于铷铯双原子钟的研制。
铷原子真空密封筒11包括铷原子泡9和铷蒸汽平衡室7，铷原子泡9和铷蒸汽平衡室7位于铷原子真空密封筒11内部，铷原子泡9设置于铷原子真空密封筒11的击穿端，铷蒸汽平衡室7设置于铷原子真空密封筒11的出射端，铷原子泡9内储存的铷原子被击穿后，加热形成铷原子蒸汽，进入铷蒸汽平衡室7形成铷原子饱和蒸气压，通过铷原子通道5进入金属原子束高准直器3。
铷原子真空密封筒11还包括第一致密海绵镍筒10和铷原子泡加热装置13，第一致密海绵镍筒10紧贴于铷原子真空密封筒11的内壁，用于吸附被击穿的铷原子，铷原子泡加热装置13缠绕在铷原子真空密封筒11外侧，用于铷原子泡9的单独加热和温控。
第一致密海绵镍筒10紧贴铷原子真空密封筒11设置，一方面防止金属原子扩散，一方面防止在加热的时候，铷原子和铯原子相互渗透。铷原子泡加热装置13紧密缠绕在铷原子真空密封筒11，用机械方式固定，通过对铷原子泡加热装置13精确地功率控制，从而可以控制铷原子泡9的温度。
铷蒸汽平衡室7外侧套设有第一压缩弹簧8，对铷原子泡9施加压力，用于使铷原子泡9与铷原子真空密封筒11的击穿端设置的铷原子泡击穿电极12紧密接触。
铷蒸汽平衡室7与双原子束源装置1连接，还与铷原子泡击穿电极12连接，形成了从金属原子真空储存、击穿到最终喷出原子束的整体结构。
第一压缩弹簧8装配好之后，压缩对铷原子泡9的弹力使铷原子泡9的击穿盖与铷原子泡击穿电极12紧密接触，防止因接触不紧密导致的击穿失败。
铯原子真空密封筒18包括铯原子泡16和铯蒸汽平衡室14，铯原子泡16和铯蒸汽平衡室14位于铯原子真空密封筒18内部，铯原子泡16设置于铯原子真空密封筒18的击穿端，铯蒸汽平衡室14设置于铯原子真空密封筒18的出射端，铯原子泡16内储存的铯原子被击穿后，加热形成铯原子蒸汽，进入铯蒸汽平衡室14形成铯原子饱和蒸气压，通过铯原子通道6进入金属原子束高准直器3。
铯原子真空密封筒18还包括第二致密海绵镍筒17和铯原子泡加热装置19，第二致密海绵镍筒17紧贴于铯原子真空密封筒11的内壁，用于吸附被击穿的铯原子，铯原子泡加热装置19缠绕在铯原子真空密封筒11外侧，用于铯原子泡16的单独加热和温控。
第二致密海绵镍筒17紧贴铯原子真空密封筒18设置，一方面防止金属原子扩散，一方面防止在加热的时候，铯原子和铯原子相互渗透。铯原子泡加热装置19紧密缠绕在铯原子真空密封筒18，用机械方式固定，通过对铯原子泡加热装置19精确地功率控制，从而可以控制铯原子泡16的温度。
铯蒸汽平衡室14外侧套设有第二压缩弹簧15，对铯原子泡16施加压力，用于使铯原子泡16与铯原子真空密封筒18的击穿端设置的铯原子泡击穿电极紧密20接触。
铯蒸汽平衡室14与双原子束源装置1连接，还与铯原子泡击穿电极20连接，形成了从金属原子真空储存、击穿到最终喷出原子束的整体结构。
第二压缩弹簧15装配好之后，压缩对铯原子泡16的弹力使铯原子泡16的击穿盖与铯原子泡击穿电极20紧密接触，防止因接触不紧密导致的击穿失败。
双原子束源装置1包括两个安装孔4，用于安装使金属原子束高准直器3保温的加热管，为金属原子束高准直器3提供热源。
双原子束源装置1还包括定位孔和定位销2，定位销2插入定位孔，用于将双原子束源装置1和金属原子束高准直器3精密装配。
如图2所述，金属原子束高准直器3包括8个平片304、7个波浪片305和挤压块306，两个平片304之间依次设置平片304和波浪片305，平片304和波浪片305间隔装配，挤压块306将装配好的平片304和波浪片305挤压成一个整体，组成准直通道。金属原子饱和蒸汽压足够高时，会从初始准直口307进入准直通道，经过准直通道二次加压后在终结准直口以一定的速度喷出，形成高准直的、发散角小的金属原子束。
制作平片304与波浪片305的材料是厚度为0.02mm316不锈钢箔，平片304是由特制的精密单冲模具制成，波浪片305先经过特制的精密单冲模具制成比平片304尺寸稍大的平片，然后在由可靠的拉伸模具挤压而成。
金属原子束高准直器3还包括无氧铜限位片302和定位销303，无氧铜限位片302被定位销303精确的固定在金属原子束高准直器3上。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
