本技術(shù)涉及真空器件，尤其涉及一種原子氣室結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
1、原子氣室是一種重要的量子傳感器，在量子精密測量裝置領(lǐng)域，如原子鐘、原子磁力儀和原子陀螺儀等設(shè)備中具有重要的作用。原子鐘等設(shè)備的結(jié)構(gòu)一般是一個具有玻璃殼結(jié)構(gòu)的真空腔室，腔室中填充一種原子氣體，原子氣體中的原子種類包括rb、cs和he等。在外界激光或電磁場的激發(fā)下，原子的發(fā)射能級躍遷，可反映出時間頻率或周圍的電磁場等信號信息，而從原子氣室得到的信號強(qiáng)度和氣室中的原子密度有關(guān)，原子密度又與腔室內(nèi)原子氣體的飽和蒸汽壓有關(guān)，因此原子氣體中的原子被用作探測的原子時，其飽和蒸汽壓隨溫度上升顯著增加，所以原子氣室在工作時經(jīng)常需要對氣室進(jìn)行加溫和控溫操作。
2、現(xiàn)有的原子鐘等量子傳感設(shè)備中，對氣室的加熱方式通常采用外部加熱方式，通過在氣室表面貼一個加熱元件，或者在氣室的外殼上直接加工出加熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱。并且，一般的控溫模塊還包括一個溫度傳感器，和加熱結(jié)構(gòu)主體配合使用，可根據(jù)溫度的測量值調(diào)整加熱結(jié)構(gòu)主體的工作狀態(tài)，達(dá)到穩(wěn)定溫度的效果。
3、然而，現(xiàn)有的加熱方案存在以下明顯的問題：第一、功耗高：加熱結(jié)構(gòu)主體的目的是使氣室內(nèi)部達(dá)到更高的溫度，但是氣室內(nèi)部和外部空氣之間隔著玻璃外殼，由于玻璃是熱的不良導(dǎo)體，會在兩者中間形成一個溫度差，同時加熱結(jié)構(gòu)主體自身處于外部空氣中，大量的熱能從氣室之外的空氣和引線等部位導(dǎo)走，因此在溫度差與散熱的綜合作用下，容易導(dǎo)致加熱結(jié)構(gòu)主體的能量利用效率低且功耗大。第二、溫度波動大：加熱結(jié)構(gòu)主體處于外部空氣中，受外部溫度和氣流的影響大，即加熱結(jié)構(gòu)主體散熱的速率波動受外界影響較大，而氣室內(nèi)部的控溫系統(tǒng)由反饋電路控制，使得反饋電路自身對氣室內(nèi)部溫度變化的控制有延遲，因此外部溫度的快速波動導(dǎo)致內(nèi)部控溫的難度提高，甚至當(dāng)外部環(huán)境中的溫度變化速度超過電路自身延遲時，根本無法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的內(nèi)部控溫。第三、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、配件多及體積臃腫：當(dāng)前氣室的完整加熱結(jié)構(gòu)主體包括加熱絲、溫度傳感器、引線和鋁箔紙等包覆物等，根據(jù)現(xiàn)有的外部加熱方式需要利用鋁箔紙等包覆物將整個氣室完整地包裹住以起到隔溫的效果，也可在氣室外部引入另一個更大的真空腔體或者一個懸架結(jié)構(gòu)，以進(jìn)一步減小熱量散失，這些保溫結(jié)構(gòu)無一例外地大大增加了傳感器部分整體的尺寸。以某款商用原子鐘為例，其氣室的尺寸為4mm*4mm*1mm，但是傳感器部分整體體積在30mm*30mm*10mm以上。
4、對原子鐘等量子傳感設(shè)備來說，內(nèi)部溫度的波動大小直接影響了性能穩(wěn)定度這個關(guān)鍵指標(biāo)，并且對于小型化的量子傳感設(shè)備來說，功耗和體積也是最關(guān)鍵的性能指標(biāo)之一。因此，亟需一種改進(jìn)的原子氣室的加熱方式，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控溫的目的，減少各類量子傳感設(shè)備的耗能，并推進(jìn)其實(shí)現(xiàn)小型化。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、鑒于此，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種原子氣室結(jié)構(gòu)，以改進(jìn)原子氣室的加熱方式，提高各類量子傳感設(shè)備的性能，推進(jìn)其實(shí)現(xiàn)加熱能耗低、控溫穩(wěn)定及小型化的目的。
2、本實(shí)用新型的一個方面提供了一種原子氣室結(jié)構(gòu)，該原子氣室結(jié)構(gòu)包括：
3、氣室殼體，用于形成真空封閉的腔體；
4、加熱結(jié)構(gòu)主體，加熱結(jié)構(gòu)主體置于氣室殼體的內(nèi)部；
5、第一貫穿電極對，第一貫穿電極對與加熱結(jié)構(gòu)主體連接，用于被施加電壓使得加熱結(jié)構(gòu)主體產(chǎn)生焦耳熱。
6、在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，加熱結(jié)構(gòu)主體包括加熱金屬絲、加熱金屬膜或銦錫氧化物膜。
7、在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，氣室殼體的內(nèi)表面上設(shè)有溝槽，至少部分的加熱金屬膜或銦錫氧化物膜通過溝槽懸空設(shè)置以形成散熱間隙；或者
8、加熱金屬絲朝向遠(yuǎn)離第一貫穿電極對對應(yīng)的氣室殼體內(nèi)表面的方向弓起，以在加熱結(jié)構(gòu)主體與氣室殼體的內(nèi)表面之間形成散熱間隙。
9、在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，加熱金屬絲包括電流輸入方向與電流輸出方向相反的平行結(jié)構(gòu)，以利用反向電流減弱電流產(chǎn)生的磁場；
10、加熱金屬膜或銦錫氧化物膜的鋪設(shè)面積與氣室殼體內(nèi)表面的面積比為90％以下，與第一貫穿電極對連接的加熱金屬絲的長度為0.1mm-1000mm。
11、在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，原子氣室結(jié)構(gòu)還包括：
12、位于氣室殼體內(nèi)部的溫度傳感器，以及與溫度傳感器連接的第二貫穿電極對；
13、其中，溫度傳感器為熱電阻型傳感器或熱電偶型傳感器；熱電阻型傳感器用于通過測量得到的自身電阻值和電阻-溫度關(guān)系得到氣室殼體內(nèi)部的溫度值，熱電偶型傳感器用于通過測量得到的自身兩端的電壓差得到氣室殼體內(nèi)部的溫度值。
14、在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，原子氣室結(jié)構(gòu)還包括：
15、覆蓋加熱結(jié)構(gòu)主體和/或溫度傳感器的惰性層；其中，惰性層包括氧化硅層、氮化硅層、氧化鋁層、氧化鈦層、氧化鉿層、氮化鋁層、氧化釔層或氮化硼層。
16、在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，第一貫穿電極對和第二貫穿電極對的橫剖面的形狀為圓形或多邊形，第一貫穿電極對和第二貫穿電極對的縱剖面的形狀為多邊形或啞鈴型，并且縱剖面的最大寬度為0.005mm-2mm。
17、在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，原子氣室結(jié)構(gòu)還包括：
18、第二腔室，第二腔室包括有堿金屬原子釋放裝置，并且第二腔室通過設(shè)置在氣室殼體上的氣體通道與第一腔室連通，其中，第一腔室為前述任一實(shí)施例所述的原子氣室結(jié)構(gòu)形成的腔室。
19、在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，原子氣室結(jié)構(gòu)還包括：
20、激光器，激光器位于氣室殼體內(nèi)部或位于氣室殼體外部，用于發(fā)射激光。
21、在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，原子氣室結(jié)構(gòu)還包括：
22、光電探測器，光電探測器位于氣室殼體內(nèi)部或位于氣室殼體外部，用于接收激光器發(fā)出的激光，并且激光器與光電探測器之間的激光通路垂直或平行于氣室殼體的表面。
23、本實(shí)用新型提出了一種原子氣室結(jié)構(gòu)，利用內(nèi)部加熱的方式代替原有的氣室外部加熱，并通過貫穿電極保證氣室內(nèi)部形成真空的封閉腔體，能夠降低加熱功耗，減小溫度變化的波動且減小氣室的整體體積，從而提高整體的設(shè)備性能。
24、本實(shí)用新型的附加優(yōu)點(diǎn)、目的，以及特征將在下面的描述中將部分地加以闡述，且將對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在研究下文后部分地變得明顯，或者可以根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)踐而獲知。本實(shí)用新型的目的和其它優(yōu)點(diǎn)可以通過在說明書以及附圖中具體指出的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)到并獲得。
25、本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解的是，能夠用本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的目的和優(yōu)點(diǎn)不限于以上具體所述，并且根據(jù)以下詳細(xì)說明將更清楚地理解本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)的上述和其他目的。
1.一種原子氣室結(jié)構(gòu)，其特征在于，該原子氣室結(jié)構(gòu)包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子氣室結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述加熱結(jié)構(gòu)主體包括加熱金屬絲、加熱金屬膜或銦錫氧化物膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的原子氣室結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述氣室殼體的內(nèi)表面上設(shè)有溝槽，至少部分的加熱金屬膜或銦錫氧化物膜通過所述溝槽懸空設(shè)置以形成散熱間隙；或者
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的原子氣室結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述加熱金屬絲包括電流輸入方向與電流輸出方向相反的平行結(jié)構(gòu)，以利用反向電流減弱電流產(chǎn)生的磁場；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子氣室結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述原子氣室結(jié)構(gòu)還包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的原子氣室結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述原子氣室結(jié)構(gòu)還包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的原子氣室結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一貫穿電極對和第二貫穿電極對的橫剖面的形狀為圓形或多邊形，所述第一貫穿電極對和第二貫穿電極對的縱剖面的形狀為多邊形或啞鈴型，并且所述縱剖面的最大寬度為0.005mm-2mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子氣室結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述原子氣室結(jié)構(gòu)還包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子氣室結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述原子氣室結(jié)構(gòu)還包括：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的原子氣室結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述原子氣室結(jié)構(gòu)還包括：