[发明专利]原子腔结构及其制作方法

说明书

本发明公开了一种原子腔结构，所述原子腔结构包括：基片，具有封闭的腔；至少三组反射结构，所述反射结构设置于所述腔的内壁上，所述反射结构至少用于对射入所述腔内的相应的第一光线进行反射，从而使所有的所述第一光线与射入所述腔内的第二光线在所述腔内正交后射出所述腔外。本发明还提供了上述原子腔结构的制作方法。本发明的原子腔结构可应用在原子核磁共振陀螺仪、原子磁强计等原子物理系统中。

技术领域

本发明涉及原子物理器件领域，尤其涉及一种原子腔结构及其制作方法。

背景技术

近年来随着微纳加工技术发展，基于微机电系统(MEMS)技术的微型化、低功耗、小体积的原子器件也取长足的进步。典型器件原子核磁共振陀螺仪、原子频标(原子钟)、原子磁强计等原子物理系统在定位、导航、授时等领域的作用尤为突出，并对国防、科技和经济等诸多方面有着至关重要的战略意义。

原子核磁共振陀螺仪、原子钟、原子磁强计等原子器件都是较为复杂的系统，其中原子腔是其核心部件。利用微机电系统(MEMS)制造技术可以将传统的玻璃泡型原子腔芯片化，从而实现原子核磁共振陀螺仪、原子钟、原子磁强计等复杂原子系统的芯片化。

目前，芯片原子钟、核磁共振原理的芯片级原子陀螺仪及原子磁强计等原子器件都需要至少一路激光与原子相互作用。通过MEMS工艺制备的原子腔的结构通常为硅片和玻璃片的三明治结构，该结构仅能实现一路激光与腔体内原子的相互作用。在上述结构的基础上出现了另外的结构，中间层硅通过湿法腐蚀方法,在硅的侧壁形成54.7度夹角的斜面用于激光反射,该结构的原子腔虽然可以实现多方向激光在腔体内部与原子的相互作用(光抽运或探测)，但是该结构需要额外的棱镜或光栅对入射激光进行角度补偿才能实现入射、出射，在原子核磁共振陀螺仪、原子磁强计等物理系统中应用结构较为复杂，另外还有一种结构的原子腔，中间层为玻璃，上下层为硅，该结构原子腔可在两个方向上实现激光的垂直入射，却无法实现其他方向激光与原子的作用，为了解决上述问题，本发明提出一种技术方案既无需特定角度补偿棱镜或光栅就可以实现激光的垂直入射、出射，又可以实现多方向激光与原子的相互作用(光抽运、探测)。

发明内容

为了达到上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种原子腔结构，所述原子腔结构包括：

基片，具有封闭的腔；

至少三组反射结构，所述反射结构设置于所述腔的内壁上，所述反射结构至少用于对射入所述腔内的相应的第一光线进行反射，从而使所有的所述第一光线与射入所述腔内的第二光线在所述腔内正交后射出所述腔外。

优选地，所述反射结构包括彼此相对的第一反射面和第二反射面，所述第一光线在被所述第一反射面反射到所述第二反射面的光程中与所述第二光线正交。

优选地，所述基片包括：硅片、第一透光片和第二透光片；

所述硅片包括相对且平行的第一表面和第二表面以及贯穿所述第一表面和所述第二表面的通孔，所述第一透光片设置于所述第一表面上并封闭所述通孔在所述第一表面上的开口，所述第二透光片设置于所述第二表面上并封闭所述通孔在所述第二表面上的开口，从而形成封闭的所述腔。

优选地，所述第一反射面和所述第二反射面平行，所述第一反射面和所述第二反射面之间的距离公式为：

其中H为所述第一反射面和所述第二反射面之间的距离，W为所述第一光线的射入光段与射出光段之间的距离，θ为所述第一反射面与所述第一表面之间的锐角角度或者所述第二反射面与所述第二表面之间的锐角角度；

或者所述第一反射面和所述第二反射面延伸垂直相交。

优选地，所述基片包括：硅片和第三透光片；