[发明专利]一种全玻璃碱金属原子气室的制备方法

说明书

本发明涉及一种全玻璃碱金属原子气室的制备方法。目前加工技术难以在较低温度条件下实现可填充纯碱金属的微米尺度气室。本方法首先在玻璃基底表面进行微通道成形加工，形成原子气室主体结构形貌，在该形貌一端加工出通孔，形成碱金属原子填充通道；然后用另一个玻璃基底对前玻璃基底进行键合封闭，形成原子气室主体结构；将玻璃毛细管一端与通孔的开放端相互键合，形成碱金属原子注入通道，通过玻璃毛细管加注所需纯碱金属之后，采用玻璃烧结的方法封闭碱金属气室，自然形成封闭结构，形成闭合的碱金属原子气室。本发明方法实现了全玻璃腔体碱金属原子气室，制造成本低，可满足百微米尺度气室加注纯碱金属要求，同时可以实现气室的批量化制备。

技术领域

本发明属于精密测量技术领域，具体是原子钟、原子陀螺仪、原子光学磁力仪等领域，涉及一种全玻璃碱金属原子气室的制备方法，可用于百微米左右尺寸气室的制备。

背景技术

作为目前精密测量领域的新技术，原子钟、原子陀螺仪、原子光学磁力仪这些新一代量子传感器都是目前精密测量领域迫切需要的。碱金属原子气室作为这些设备的核心部件，也是这些传感器性能提升的关键所在。

为了制备适合的原子气室，近年来有多种技术手段被提出，主要包括三类：玻璃吹注成形技术，采用MEMS工艺结合阳极键合成形的加工技术，另外也有采用机械加工结合阳极键合成形的办法。其中：

(1)玻璃吹注成形的原子腔加工技术，通常被用来制造尺寸大于毫米的较大原子气室，同时该技术所能加工的原子腔在形貌上也受到一定限制，无法保证原子气室透光面的平整。

(2)采用MEMS工艺结合阳极键合形成碱金属原子腔的技术，可以用来制造尺寸较小的原子气室，也可以保证气室透光面的平整度。然而采用这种技术，因为阳离子键合技术对设备条件要求高，制备过程中需要高温高压，采用这种加工方式来制备原子气室，也会在碱金属的加注上存在困难，通常采用碱金属化合物的加注方法，造成这种技术很难保证气室内碱金属的纯度。

(3)采用机械加工结合阳极键合的办法形成碱金属原子腔的技术，这种技术通过机械加工气室的各个面，之后采用阳极键合的办法形成气室。这种技术支持相比常规的阳极键合可以使用更多的材料来制备原子气室，但是依然存在着碱金属加注困难的问题，同时难以实现尺寸小于毫米的碱金属原子气室。

目前的碱金属气室加工技术存在着难以在较低温度的加工条件下，实现可填充纯碱金属的微米尺度气室的问题。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种全玻璃碱金属原子气室的制备方法。

本发明中的碱金属原子气室为带有纯碱金属注入通道的微米尺度原子气室，具体包括：

原子气室主体结构，作为原子气室的主要工作空间；所述的原子气室主体结构为全玻璃包围的腔体，腔体的纵截面宽度为1～500μm，高度为1～500μm，总长度L为500～5000μm；

碱金属原子填充通道，用于碱金属进入到原子气室内；所述的碱金属原子填充通道为开设在原子气室主体结构一端的微孔，微孔的截面面积S为10μm²～10mm²；

碱金属原子注入通道，用于纯碱金属的直接加注及烧结封闭后密闭气室的成形；所述的碱金属原子注入通道为连接碱金属原子填充通道的玻璃微管，玻璃微管的横截面面积S′＝kS,k＝1.01～1.1。

具体制备方法如下：

步骤1.选取玻璃基底作为气室的加工材料，采用MEMS加工工艺在玻璃基底表面进行微通道成形加工，形成原子气室主体结构形貌；原子气室主体结构形貌为槽状，其纵截面的宽度为1～500μm，深度为1～500μm，总长度为500～5000μm；进一步，采用激光加工工艺在玻璃基底表面进行微通道成形加工，形成原子气室主体结构形貌；