[发明专利]基于超短脉冲激光的原子气室制备装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于超短脉冲激光的原子气室制备装置及方法，装置包括超短脉冲激光器、振镜扫描器、工作台、第一位移台、第二位移台、第一夹具、第二夹具、第一步进电机、第二步进电机和控制模块，其中，超短脉冲激光器、振镜扫描器和工作台按照竖直方向从上到下依次固定，振镜扫描器用于将激光器发射的飞秒脉冲激光束进行聚焦，第一位移台和第二位移台分别设置在所述工作台两侧并可在所述工作台上移动，第一夹具固定在第一位移台上，并与第一步进电机连接，第二夹具固定在第二位移台上，并与第二步进电机连接，控制模块分别连接所述第一步进电机、第二步进电机，用于实现精确控制。本发明成本低、制作周期短、品质高，光学窗口透过率达99.8％以上。

技术领域

本发明涉及光量子信息技术领域，尤其涉及一种基于超短脉冲激光的原子气室制备装置及方法。

背景技术

在量子力学中，微观粒子的运动状态称为量子态。人们可以通过光，电，材料科学等先进技术手段对量子态进行精确控制，即量子态调控。几乎每个国家都很重视这项前沿技术，一旦未来的量子调控技术得到全面应用，人类的生产生活将发生翻天覆地的变化。原子气室是一种能够实现量子态调控的装置，它是将原子蒸气存储在玻璃等透明容器中，构成一个封闭的体系。相较于其它复杂的量子调控系统，原子气室由于其简单方便的特点被广泛的应用于原子钟、原子磁力仪、量子信息处理等领域。高品质的原子气室需要进行镀膜处理：为了克服壁弛豫，通常在气室内表面镀上抗弛豫膜，为了减少光功率损耗，在气室通光窗口内外两面镀高透过率增透膜，但普通的原子气室光学窗口和气室主体是一体化的，这导致对光学窗口内侧镀增透膜十分困难，且成本高；此外，现有的密封大部分为化学胶合密封，需长时间的固化，制作周期长。现有技术也有采用丙烷加氧焰焊接方式，但是该方法焊接不精准，容易因大面积加热不均匀导致窗口片光学镀膜区域损坏。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种制作方式简单、成本低、制作周期短、品质高的基于超短脉冲激光的原子气室制备装置及方法。

技术方案：本发明所述的基于超短脉冲激光的原子气室制备装置包括超短脉冲激光器、振镜扫描器、工作台、第一位移台、第二位移台、第一夹具、第二夹具、第一步进电机、第二步进电机和控制模块，其中，所述超短脉冲激光器、振镜扫描器和工作台按照竖直方向从上到下依次固定，所述振镜扫描器用于将所述超短脉冲激光器发射的飞秒脉冲激光束进行聚焦，所述第一位移台和第二位移台分别设置在所述工作台两侧并可在所述工作台上移动，所述第一夹具固定在所述第一位移台上，并与第一步进电机连接，所述第二夹具固定在所述第二位移台上，并与第二步进电机连接，所述控制模块分别连接所述第一步进电机、第二步进电机，用于实现精确控制。

进一步的，所述第一夹具和第二夹具体为可调节的爪形夹具，分别由第一位移台、第二位移台调整位置，由第一步进电机、第二步进电机控制旋转。

本发明所述的基于超短脉冲激光的原子气室制备方法采用上述装置实现，具体包括步骤：

S1、准备待焊接的镀膜窗口片和石英玻璃管；

S2、调整第一夹具、第二夹具，使得第一夹具能紧密夹持住待焊接的镀膜窗口片、第二夹具能紧密夹持住待焊接的石英玻璃管；

S3、通过调整第一位移台、第二位移台位置，调整第一夹具、第二夹具位置，使镀膜窗口片和石英玻璃管对齐和贴紧；

S4、打开超短脉冲激光器，调整振镜扫描器，将超短脉冲激光器发射的飞秒脉冲激光束的聚焦焦点位于镀膜窗口片和石英玻璃管的接触面；

S5、每次焊接完一个焊点后，控制模块控制第一步进电机、第二步进电机使得石英玻璃管、镀膜窗口片匀速同步旋转，改变焊点位置，最终实现对石英玻璃管和镀膜窗口片的接触面的连续焊接，形成一圈封闭焊接区域；

S6、焊接完成，镀膜窗口片和石英玻璃管固定为一体，形成原子气室。

进一步的，步骤S1具体包括：