[发明专利]基于键合多反射腔的原子气室标准制作方法和原子磁力仪

说明书

本发明公开一种基于键合多反射腔的原子气室标准制作方法，采用机械切割键合平台和加工键合模具相结合方法，精确确定构成Herriott腔的两柱面镜间的距离以及两主轴间的相对转角。通过机械加工出陶瓷模具，保证两柱面镜之间的相对位置以及在硅片上的绝对位置。误差完全由机械加工控制，避免人工胶粘或者人工调节等因素造成的不确定性带来的影响。并将阳极键合的方法应用于腔镜与硅片的固定以及玻璃气室与硅片的密封。避免因人工胶粘引起的不稳定以及误差的不可控性以及胶水与后续充入的原子可能进行的反应。实现标准化批量化制备且提高稳定性。本发明还提供一种采用上述基于键合多反射腔的原子气室标准制作方法制成的原子气室的原子磁力仪。

技术领域

本发明涉及原子器件技术领域，尤其涉及一种基于键合多反射腔的原子气室标准制作方法和原子磁力仪。

背景技术

最早的Herriott腔在上世纪60年代提出，目前已演化出多种版本。它由两片有曲率的镜子组成，光从一片镜子的开孔入射，经过若干次反射后从入射孔或者另一个开孔出射。按使用腔镜不同，可分为球面反射镜腔和柱面反射镜腔。球面反射镜的调节比较直接，形成闭合的光路条件是由腔镜间距离与曲率的关系决定。基于柱面镜的Herriott腔多了柱面镜主轴之间夹角这个参数，但同时也使光斑分布变得更加密集。

2011年，普林斯顿大学的Romalis教授课题组将柱面镜Herriott腔应用到原子磁力仪中，取得了超过一个量级的信噪比的提升。在最初的设计中，他们利用胶水粘合实现腔的固定。利用腔长为3cm和42次反射的Herriott腔，他们于2013年在标量磁力仪中展示了亚飞特斯拉量级的磁场灵敏度，并已在美国申请了专利。之后，Romalis教授与Geroge Mason大学合作，将多反射腔应用到射频信号探测中。目前，利用这个腔进行灵敏度超越量子极限的实验正在进行。但是在使用手工胶粘的方法实现腔的固定时，稳定性不够，胶水可能与气室中原子反应，且无法实现标准化批量化制备。

因此，如何提供一种基于键合多反射腔的原子气室标准制作方法，以实现标准化批量化制备且提高稳定性，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于键合多反射腔的原子气室标准制作方法，以实现标准化批量化制备且提高稳定性。本发明的另一目的在于提供采用上述基于键合多反射腔的原子气室标准制作方法制成的原子气室的原子磁力仪。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于键合多反射腔的原子气室标准制作方法，包括：

步骤1)制作模具，所述模具包括中间定位块、第一挡块、第二挡块和框架，

所述中间定位块的左侧开设有用于定位第一柱面镜的第一凹槽，其右侧开设有用于定位所述第二柱面镜的第二凹槽，

所述第一柱面镜放置在所述第一凹槽中，所述第二柱面镜放置在所述第二凹槽中，所述第一挡块的一侧抵住所述框架的内侧，其另一侧抵住所述第一柱面镜将所述第一柱面镜固定在所述第一凹槽中，所述第二挡块的一侧抵住所述框架的内侧，其另一侧抵住所述第二柱面镜将所述第二柱面镜固定在所述第二凹槽中，

所述中间定位块的底部开设有用于定位固定硅片的第三凹槽，所述第一柱面镜的底部与所述硅片接触，所述第二柱面镜的底部与所述硅片接触，通过所述模具的精度确定所述第一柱面镜和所述第二柱面镜之间的相对距离以及所述第一柱面镜和所述第二柱面镜在所述硅片上的绝对位置；

步骤2)采用阳极键合装置将定位好的所述第一柱面镜和所述第二柱面镜固定在所述硅片上：将上述模具放置在所述阳极键合装置的工作台上，将待键合的所述第一柱面镜和所述第二柱面镜加热并稳定持续时间t1后，加直流电压，电源正极接在所述硅片上，负极分别接在所述第一柱面镜和所述第二柱面镜上，使得所述第一柱面镜和所述第二柱面镜固定在所述硅片上；