本發(fā)明涉及氫原子頻標(biāo)領(lǐng)域，具體涉及一種用于氫原子頻標(biāo)的信號(hào)探詢裝置。

背景技術(shù)：

時(shí)間是五個(gè)基本物理量之一，對(duì)其的精確計(jì)量具有重要的科研和應(yīng)用價(jià)值。進(jìn)入二十世紀(jì)后，利用確定能級(jí)躍遷實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)間輸出的原子頻標(biāo)逐漸成熟，并得到廣泛地應(yīng)用。目前實(shí)用型的原子頻標(biāo)包括銣原子頻標(biāo)、銫原子頻標(biāo)和氫原子頻標(biāo)，其中氫原子頻標(biāo)具有優(yōu)秀的中短期穩(wěn)定度和良好長期穩(wěn)定度和漂移率指標(biāo)，可用于守時(shí)授時(shí)、導(dǎo)航定位和通訊保障等眾多領(lǐng)域。

氫原子鐘的工作原理是利用氫原子基態(tài)(f＝1，mf＝0)和(f＝0，mf＝0)兩超精細(xì)能級(jí)之間的躍遷頻率來鎖定晶振。工業(yè)氫氣通過提純之后導(dǎo)入電離源系統(tǒng)，在此期間氫分子離解成為原子狀態(tài)，同時(shí)發(fā)光發(fā)熱，氫原子由準(zhǔn)直器形成原子束流，在磁選態(tài)器的作用下，(f＝1，mf＝0)態(tài)的氫原子射入微波諧振腔中的儲(chǔ)存泡，并在其中發(fā)生微波共振躍遷，使腔內(nèi)微波能量增加，通過檢測微波諧振腔內(nèi)的微波能量就可以將電路系統(tǒng)輸出的微波信號(hào)鎖定在原子躍遷譜線上，從而可以得到具有高穩(wěn)定度和高準(zhǔn)確度的輸出信號(hào)。由此可見，氫原子頻標(biāo)的核心是其物理部分，包括氫源系統(tǒng)、電離源系統(tǒng)和腔泡系統(tǒng)等，其中腔泡系統(tǒng)是氫原子頻標(biāo)的重要子系統(tǒng)。腔泡系統(tǒng)的作用是將經(jīng)過態(tài)選擇的高能態(tài)氫原子在微波諧振腔泡內(nèi)在一定條件下受激輻射，產(chǎn)生能級(jí)躍遷信號(hào)，并在微波諧振腔的諧振作用下產(chǎn)生諧振頻率信號(hào)，即腔泡系統(tǒng)的作用是對(duì)原子躍遷脈澤信號(hào)的探詢并輸出一定線寬和功率增益的標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)。這樣高能態(tài)的氫原子在腔泡運(yùn)動(dòng)過程中就會(huì)發(fā)生受激輻射，使腔內(nèi)微波能量增加，并在微波諧振腔的諧振作用下產(chǎn)出共振信號(hào)，通過微波耦合環(huán)檢測微波諧振腔內(nèi)的微波諧振能量就可以將晶體諧振器的諧振頻率鎖定在原子躍遷譜線上，從而可以得到具有高穩(wěn)定度和高準(zhǔn)確度的輸出信號(hào)。

現(xiàn)有腔泡系統(tǒng)的原理局限性：首先，內(nèi)真空污染的問題，這個(gè)是隨著氫原子頻標(biāo)開機(jī)時(shí)間而遞增的過程，其現(xiàn)象為氫原子頻標(biāo)穩(wěn)定度的惡化，內(nèi)因?yàn)樵哟鎯?chǔ)區(qū)域的污染。這污染源具目前所分析得知源頭是氫頻標(biāo)吸附泵，污染物有無機(jī)鹽組成，其釋放途徑和速率未知。這類污染問題程度較輕會(huì)使得氫頻標(biāo)電性能惡化，嚴(yán)重的會(huì)使得物理功能性失效。其次，原子躍遷信號(hào)及其微弱，在微波腔小型化的過程中，隨著微波諧振腔尺寸的變小同時(shí)，信號(hào)會(huì)成比例下降，這必然帶來系統(tǒng)指標(biāo)精度的急劇下降。傳統(tǒng)氫原子頻標(biāo)還有吸附泵、溫控系統(tǒng)、磁屏蔽等，這些在小型化的過程中，都帶來工程實(shí)現(xiàn)上的困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種信號(hào)探詢裝置。本發(fā)明提供的一種信號(hào)探詢裝置，實(shí)現(xiàn)高q值、大功率容量、高換能效率、小溫度系數(shù)，替代傳統(tǒng)氫原子頻標(biāo)微波諧振腔和微波耦合環(huán)，對(duì)躍遷信號(hào)進(jìn)行諧振耦合探測。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種信號(hào)探詢裝置，包括襯底、下電極、壓電薄膜、上電極，所述下電極設(shè)置在所述襯底上，所述壓電薄膜設(shè)置在所述下電極上；所述上電極設(shè)置在所述壓電薄膜上，所述上電極、下電極分別于電源電氣連接，

所述壓電薄膜的厚度為λ，則：

λ＝α/2≈v/2f，

其中，α為聲波的波長，v表示聲音的速度，f為氫原子基態(tài)躍遷脈澤信號(hào)頻率。所述電源的電壓小于等于5v。

上述的一種信號(hào)探詢裝置，其中，所述襯底為半導(dǎo)體襯底/二氧化硅襯底/硅襯底/碳化硅襯底。

上述的一種信號(hào)探詢裝置，其中，所述壓電薄膜為aln壓電薄膜。

一種氫原子頻標(biāo)，包括至少一組上述的信號(hào)探詢裝置。

上述的一種氫原子頻標(biāo)，其中，包括若干組所述信號(hào)探詢裝置，若干組所述信號(hào)探詢裝置并連。

本發(fā)明的有益效果：多陣元級(jí)聯(lián)式量子躍遷信號(hào)探詢系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)微弱信號(hào)、諧振起振、靈敏度高及插入損耗小的信號(hào)諧振輸出，擬采用薄膜體聲波諧振器(fbar)技術(shù)，綜合微波介質(zhì)陶瓷性能優(yōu)越和聲表面波諧振器(saw)體積較小的優(yōu)勢，工作頻率最高可達(dá)20ghz，實(shí)現(xiàn)高q值、大功率容量、高換能效率、小溫度系數(shù)，替代傳統(tǒng)氫原子頻標(biāo)微波諧振腔和微波耦合環(huán)，對(duì)躍遷信號(hào)進(jìn)行諧振耦合探測。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明一種信號(hào)探詢裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例

如圖1所示，一種信號(hào)探詢裝置，包括襯底1、下電極2、壓電薄膜3、上電極4，所述下電極2設(shè)置在所述襯底1上，所述壓電薄膜3設(shè)置在所述下電極2上；所述上電極4設(shè)置在所述壓電薄膜3上，所述上電極4、下電極2分別于電源的正負(fù)極電氣連接，所述壓電薄膜3的厚度為λ，則：λ＝α/2≈v/2f，其中，α為聲波的波長，v表示聲音的速度，f為氫原子基態(tài)躍遷脈澤信號(hào)頻率。所述電源的電壓小于等于5v。

在一實(shí)施例中，所述信號(hào)探詢裝置的襯底1為半導(dǎo)體襯底/二氧化硅襯底/硅襯底/碳化硅襯底。

在一實(shí)施例中，所述信號(hào)探詢裝置的壓電薄膜3為aln壓電薄膜。

一種氫原子頻標(biāo)，包括至少一組上述的信號(hào)探詢裝置。

在一實(shí)施例中，一種氫原子頻標(biāo)包括若干組所述信號(hào)探詢裝置，若干組所述信號(hào)探詢裝置并連。

本發(fā)明采用電極、壓電薄膜、電極的三明治結(jié)構(gòu)，壓電薄膜的逆壓電效應(yīng)將輸入的高頻電信號(hào)轉(zhuǎn)化為一定頻率的聲信號(hào)。當(dāng)聲波在壓電薄膜中的傳播距離正好是半波長的奇數(shù)倍時(shí)就會(huì)產(chǎn)生諧振，其中，諧振頻率處的聲波損耗最小，使得該頻率的聲信號(hào)能通過壓電薄膜層，而其他頻率的信號(hào)被阻斷，從而只在輸出端輸出具有特定頻率的信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)在氫原子頻標(biāo)中的信號(hào)探詢，尤其是小型、微型甚至納米級(jí)別的氫原子頻標(biāo)中的信號(hào)探詢。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本申請(qǐng)不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本申請(qǐng)的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申請(qǐng)的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化涵括在本申請(qǐng)內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。此外，顯然“包括”一詞不排除其他單元或步驟，單數(shù)不排除復(fù)數(shù)。裝置權(quán)利要求中陳述的多個(gè)單元或裝置也可以由一個(gè)單元或裝置通過軟件或者硬件來實(shí)現(xiàn)。第一，第二等詞語用來表示名稱，而并不表示任何特定的順序。

當(dāng)然，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本申請(qǐng)不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本申請(qǐng)的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申請(qǐng)的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化涵括在本申請(qǐng)內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。