一种微型原子气室、玻璃泡壳及其制备方法

技术领域

本申请涉及光学精密加工技术，尤其涉及一种微型原子气室、玻璃泡壳及其制备方法。

背景技术

高洁净度高精度的微型原子气室是高性能微型CPT的核心器件，能够很好提高CPT稳定度指标和寿命。目前，微型CPT使用的原子气室均采用MEMS工艺。MEMS原子气室体积小，其外形尺寸能达到3mm×3mm×2mm。其工艺过程采用的是原位化学反应法，即在键合腔内放入叠氮化钡和氯化铷，使其反应生成铷金属，再充入一定气压的缓冲气体后进行键合。键合过程须高温加热，部分铷蒸汽(铷的真空气化点为39℃)和缓冲气体从键合腔缝隙溢出导致铷量少，气压参数不可控，影响CPT稳定度和寿命。此外MEMS气室内的反应剩余物会附着在通光面上，影响通光造成漂移。

发明内容

本申请实施例提供一种微型原子气室、玻璃泡壳及其制备方法，解决了现有技术铷量减少，气压参数不可控，且反应剩余物附着在气室通光面上，造成通光漂移的问题。

本申请实施例提供一种用于微型原子气室的玻璃泡壳制备方法，包含以下步骤：

选取可以拼接为一个密封腔整体的玻璃片；

将玻璃片的粘接处端面研磨到表面粗糙度小于0.05μm；

用无尘布蘸取酒精擦拭玻璃片粘接处端面至没有杂质；

将玻璃片用分子力粘接到一起。

优选地，所述玻璃片为超硬玻璃片。

本申请实施例还提供一种微型原子气室，包含铷金属单质、缓冲气体和密封腔，所述铷金属单质和缓冲气体在密封腔室，所述密封腔为玻璃泡壳。

进一步优选地，所述玻璃泡壳通过上述用于微型原子气室的玻璃泡壳制备方法制备。

优选地，所述玻璃泡壳为6个尺寸为3mm×3mm×0.5mm的玻璃片拼接而成。

本申请实施例还提供一种微型原子气室的制备方法，用于制备上述微型原子气室，包含以下步骤：

在玻璃泡壳的一个面上接一个排气管，排气管另一端接入充铷排气台；

将铷金属单质封装，接入充铷排气台；

充铷排气台高温加热玻璃泡壳进行真空除气后降温；

接通铷金属单质和充铷排气台的封装；

高温蒸馏将铷和缓冲气体充入玻璃泡壳内；

利用玻璃灯取下玻璃泡壳上的排气管，玻璃泡壳冷却自动收口。

进一步优选地，所述铷金属单质封装在玻璃球内，在需要接通铷金属单质和充铷排气台封装时砸碎玻璃球。

优选地，充铷排气台同时连接多个玻璃泡壳。

进一步优选地，还包含以下步骤：根据连接的玻璃泡壳数，计算封装的铷单质的量。

优选地，所述排气管内径0.5mm，壁厚0.5mm。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

本发明通过玻璃光封接工艺制成微型原子气室泡壳，将其接入传统充铷排气台上，按照传统充铷工艺将铷和缓冲气体充入其中，获得高洁净度、高精度的微型原子气室。该发明与MEMES工艺相比具有真空洁净度高、气压参数精度高及优异的通光性，能够提高CPT稳定度指标和寿命。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请用于微型原子气室的玻璃泡壳制备方法一种实施例流程图；

图2为本申请实施例一种微型原子气室实施例结构图；

图3为本申请微型原子气室的制备方法一种实施例流程图；

图4为本申请微型原子气室的制备方法另一种实施例流程图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

图1为本申请用于微型原子气室的玻璃泡壳制备方法一种实施例流程图。

一种用于微型原子气室的玻璃泡壳制备方法，包含以下步骤：

步骤101、选取可以拼接为一个密封腔整体的玻璃片；

例如，玻璃泡壳为正方体，则选择六个正方形的玻璃片，玻璃泡壳为正三角体，则选择四个正三角形的玻璃片，这里不做进一步限定。

步骤102、将玻璃片的粘接处端面研磨到表面粗糙度小于0.05μm；

步骤103、用无尘布蘸取酒精擦拭玻璃片粘接处端面至没有杂质；

杂质会影响玻璃片之间的粘接，进而影响到最后制备完成的原子气室的精度，因此需要去除可能存在的杂质。

步骤104、将玻璃片用分子力粘接到一起。

采用分子力粘接，端面研磨的粗糙度越小，效果越好，适用于微型原子气室的玻璃泡壳大约为小于5立方毫米的微型构造，因此玻璃片粘接处端面研磨到粗糙度优于0.05μm，可以有效的粘接。

玻璃泡壳用于微型原子气室，微型原子气室的精度取决于铷蒸汽和缓冲气体是否会从气室的缝隙溢出，通过原子力将玻璃片粘接形成的玻璃泡壳，可以有效避免铷蒸汽和缓冲气体从缝隙中溢出，从而避免了由于气压参数的改变而影响CPT稳定度和寿命。

所述玻璃片选用超硬玻璃片。

图2为本申请实施例一种微型原子气室实施例结构图。

一种微型原子气室，包含铷金属单质1、缓冲气体2和密封腔3，所述铷金属单质和缓冲气体在密封腔室，所述密封腔为玻璃泡壳。所述玻璃泡壳通过上述用于微型原子气室的玻璃泡壳制备方法制备。

所述玻璃泡壳为6个尺寸为3mm×3mm×0.5mm的玻璃片拼接而成。

所述玻璃泡壳为纯玻璃构造，通过分子力粘接而成，因此有效避免了铷蒸汽和缓冲气体从缝隙中溢出而导致的气压参数改变。

图3为本申请微型原子气室的制备方法一种实施例流程图。

实施例1：

本申请实施例还提供一种微型原子气室的制备方法，用于制备上述微型原子气室，包含以下步骤：

步骤201、在玻璃泡壳的一个面上接一个排气管，排气管另一端接入充铷排气台；

所述玻璃泡壳上的排气管可以在制备玻璃泡壳时安装，也可以在制备微型原子气室前安装。

例如，通过玻璃灯加热，使玻璃泡壳的一个面变软后，插入排气管，以此将排气管与玻璃泡壳连接在一起。

优选地，所述排气管内径0.5mm，壁厚0.5mm。

步骤202、将铷金属单质封装，接入充铷排气台；

例如，所述铷金属单质封装在玻璃球内，在需要接通铷金属单质和充铷排气台封装时砸碎玻璃球。

步骤203、充铷排气台高温加热玻璃泡壳进行真空除气后降温；

充铷排气台高温加热玻璃气室进行真空除气，当真空度到达5E-5Pa后停止加热。

步骤204、接通铷金属单质和充铷排气台的封装；

降温后砸碎封装铷金属单质的玻璃球。充铷排气台同时连接多个玻璃泡壳。

步骤205、高温蒸馏将铷和缓冲气体充入玻璃泡壳内；

通过高温蒸馏将铷分装到每一个玻璃泡壳内。充铷排气台上带有高精度真空薄膜规，气压精度能达到0.12％，按照CPT设计要求，充入一定压强的缓冲气体。气体种类不限，可以是氮气，也可以是氩气，也可以是混合气体，这里不做进一步限定。

所述惰性气体用于调节玻璃泡壳内的气压，通过高精度真空薄膜规的测量，充入适量的缓冲气体，使玻璃泡壳内的气压符合CPT设计要求。

步骤206、利用玻璃灯取下玻璃泡壳上的排气管，玻璃泡壳冷却自动收口。

使用玻璃灯烤连接排气管的玻璃泡壳面，在玻璃泡壳软化后，拔出排气管，玻璃泡壳会自动封口，完成内部的封闭。

图4为本申请微型原子气室的制备方法另一种实施例流程图。

实施例2

步骤201、在玻璃泡壳的一个面上接一个排气管，排气管另一端接入充铷排气台；

步骤207、根据连接的玻璃泡壳数，计算封装的铷单质的量；

具体数目为为玻璃泡壳数×CPT设计的单室铷量要求。

步骤202、将铷金属单质封装，接入充铷排气台；

按照玻璃泡壳的数量，封装合适数目的铷单质。

步骤203、充铷排气台高温加热玻璃泡壳进行真空除气后降温；

步骤204、接通铷金属单质和充铷排气台的封装；

步骤205、高温蒸馏将铷和缓冲气体充入玻璃泡壳内；

步骤206、利用玻璃灯取下玻璃泡壳上的排气管，玻璃泡壳冷却自动收口。

用此种方法制成的微型原子气室，玻璃泡壳内具有极高的洁净度，只包含铷金属单质和高精度气压参数的缓冲气体。

使用时，将微型原子气室的一个端面通过专用胶直接粘在CPT微波腔内就可以工作了。

本申请提供的一种高洁净度高精度的微型原子气室，具有真空洁净度高、气压参数精度高及优异的通光性，能够提高CPT稳定度指标和寿命。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。