《原子頻標微波腔》是中國科學院武漢物理與數學研究所於1998年10月27日申請的發明專利，該專利的申請號為981216455，公布號為CN1252628，公布日為2000年5月10日，發明人是梅剛華。
《原子頻標微波腔》由開槽管、圓柱腔體、腔頻微調螺桿、加熱絲構成，其特徵是開槽管上部有槽和電極、開槽管與底蓋連為一體，銣吸收泡插入開槽管中，介質環插入開槽管和圓柱腔體之間，圓柱腔體側部開有螺孔，孔中裝有腔頻微調螺桿。該發明結構簡單，加工容易，體積小，腔Q值高，頻率微調方便，加熱效率高，可廣泛套用於小型化銣原子頻標。
2014年11月6日，《原子頻標微波腔》獲得第十六屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《原子頻標微波腔》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：原子頻標微波腔
- 公布號：CN1252628
- 公布日：2000年5月10日
- 申請號：981216455
- 申請日：1998年10月27日
- 申請人：中國科學院武漢物理與數學研究所
- 地址：湖北省武漢市武昌小洪山
- 發明人：梅剛華
- 分類號：H01P7/00
- 代理機構：中國科學院武漢專利事務所
- 類別：發明專利
- 代理人：王敏鋒
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
1998年10月前使用的類似的微波腔有三種。第一種是環隙腔，由文獻W.Froncisz and JamesS.Hyde，J.Mag.Reson.47，515（1982）所描述；第二種由文獻H.Schweda，LeLanderon.G.Busca and P.Rochat.US.Pat.No.5，387，881所描述，第三種是改進第二種腔得到的磁控管腔，由文獻G、Mileti，I.Ruedi and H.Schweda，Proc.7th EFTF，515（1992）描述。三種腔的主要特徵是在圓柱腔體中心加入一個與圓柱腔體共軸放置的開槽管。開槽管是一個由若干（通常是四個）尺寸相同的瓦狀電極圍成的管狀結構，電極之間留有等距離的間隙，即所謂“槽”。電極具有電感的作用，槽則具有電容的作用，因而開槽管實際上是一個電感——電容結構。腔的諧振頻率主要由此電感——電容結構的電感和電容決定，也就是由開槽管的結構參數決定。這種類型的腔具有以下優點：第一，由於開槽管體積可以做得很小，因此對於相同的諧振頻率，這種腔的體積很小；第二，開槽管可以起到增強腔內微波場能量和得到理想的微波場分布（如TE011模式）的作用；第三，微波吸收線寬小，即腔Q值高。三種腔的主要區別在於開槽管的結構。在第一種和第二種腔中，電極是分離的，故須將其貼上於某種形狀的襯底材料上，以構成一個完整的開槽管。這種操作十分不便，稍有不慎，易使開槽管結構參數偏離設計值。在第三種腔中，電極與圓柱腔體加工為一體，即電極與圓柱腔體之間是金屬連線，開槽管參數由機械加工精度決定，可以控制的非常精確，因而性能優良，但也有結構複雜、加工成本高的缺點。另外，三種腔都沒有考慮利用增加槽的數目增大微波填充因子、利用腔內介質填充以進一步縮小腔體積和利用微調螺桿實現腔頻微調的問題。
發明內容
專利目的
《原子頻標微波腔》的目的是提供了一種原子頻標微波腔，它結構簡單，加工容易，體積小，頻率調諧方便，微波填充因子大，原子樣品加熱效率高。
技術方案
《原子頻標微波腔》由開槽管、圓柱腔體、介質環、銣吸收泡、腔頻微調螺桿、加熱絲構成。其特徵是：開槽管上部有槽和電極，開槽管與底蓋連為一體；電極或槽的數目大於2（例如2-16）；銣吸收泡插入開槽管中；介質環插入開槽管和圓柱腔體之間，用粘膠粘牢，使腔形成半剛性結構；在圓柱腔體側部開有螺孔，孔中裝有腔頻微調螺桿。
改善效果
《原子頻標微波腔》與1998年10月前已有技術相比，具有以下優點和效果：結構簡單、加工容易，體積小，微波吸收強，腔Q值高，原子樣品加熱效率高，頻率微調方便，可廣泛套用於小型化銣原子頻標。
附圖說明
圖1為原子頻標微波腔結構示意圖。
圖2為原子頻標微波腔開槽管結構示意圖。
權利要求
1、《原子頻標微波腔》由開槽管（1）、圓柱腔體（3）、腔頻微調螺桿（10）、加熱絲（7）構成，其特徵在於開槽管（1）上部有槽和電極1a、1b、1c、1d，開槽管（1）與底蓋（2）連為一體，銣吸收泡（6）插入開槽管（1）中，介質環（5）插入開槽管（1）和圓柱腔體（3）之間，圓柱腔體（3）側部開有螺孔，孔中裝有腔頻微調螺桿（10）。
2、根據權利要求1所述的一種原子頻標微波腔，其特徵是開槽管（1）上部的電極或槽數目為2-16。
實施方式
根據圖1、圖2可知，它由開槽管1、底蓋2、圓柱腔體3、頂蓋4、介質環5、銣吸收泡6、加熱絲7、耦合環8、插座9、腔頻微調螺桿10、光電池11、螺釘12構成。用螺釘12將底蓋2與圓柱腔體3相連線，將頂蓋4與圓柱腔體3連線。開槽管1的上部開有4個槽，餘下的部分形成4個電極1a，1b、1c、1d，開槽管1與底蓋2連為一體。開槽管1上部的電極或槽的數目可為2-16。電極的尺寸相同，槽的尺寸也相同。對於一個性能良好的微波腔，總是希望有較大的微波填充因子。微波腔中有用的微波場只在開槽管1的槽中存在，故槽的數目越多，微波填充體積越大，亦即微波填充因子越大。故可通過增加槽的數目來增大微波填充因子。銣吸收泡6密配合插入開槽管1之中，介質環5密配合插入開槽管1和圓柱腔體3之間，用合適的粘膠粘牢，使腔形成半剛性結構，保證腔有良好的機械穩定性。銣吸收泡6內充適量的金屬銣和一定成分和配比的緩衝氣體。加熱絲7纏繞在圓柱腔體3外壁，通入直流電流以加熱圓柱腔體3。熱量通過與圓柱腔體3相連的開槽管1傳遞給銣吸收泡6，加熱其中的銣金屬，產生銣原子頻標的工作物質——銣蒸氣原子。這樣，加熱絲6產生的熱量就是通過金屬熱路傳遞銣吸收泡6，有利於提高加熱效率，降低熱功耗，並使銣吸收泡6得到均勻溫度分布，這對提高銣原子頻標的性能是有好處的。外部的微波信號接入插座9並通過位於開槽管1某個槽的緊上方的耦合環8耦合到微波腔內。耦合環8還可以串聯接入一階躍二極體供腔內微波倍頻之用。圓柱腔體3和介質環5側部開有共軸螺孔，孔中裝有腔頻微調螺桿10。孔的位置與開槽管1上的某一槽相對。腔頻微調螺桿10可通過旋進或旋出而改變其在腔內部分的多少，以實現諧振頻率的微調。這樣，腔頻微調就可在腔體其它部分已牢固連線的情況下進行，操作十分簡單。也可在圓柱腔體3的測部裝配一個以上的腔頻微調螺桿10，使得既能實現腔頻微調，又能保證腔內微波場分布的對稱。光電池11可用絕緣粘膠粘於腔頂蓋4內表面，用來探測銣吸收泡6中銣蒸氣原子光吸收信號。開槽管1、底蓋2、圓柱腔體3、頂蓋4、腔頻微調螺桿10和螺釘12可用無磁或低磁金屬材料加工。介質環5可用介電常數大於1、微波耗散小的介質加工。
榮譽表彰
2014年11月6日，《原子頻標微波腔》獲得第十六屆中國專利優秀獎。
