[發(fā)明專利]微型原子蒸汽泡制作方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910074572.3
• 申請(qǐng)日: 2009-06-26
• 公開（公告）號(hào): CN101598772A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉俊;閆樹斌;焦新泉;秦麗;任小紅;荊彥鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中北大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R33/02
• 分類號(hào): G01R33/02;G04F5/14;G01C19/56
• 代理公司: 山西太原科衛(wèi)專利事務(wù)所
• 代理人: 朱 源;駱 洋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及原子蒸汽泡，具體是一種基于非硅工藝的微型原子蒸汽泡制作 方法。

背景技術(shù)

原子蒸汽泡是微型磁力計(jì)、微型原子鐘、微型核磁共振陀螺等微型原子光 學(xué)器件的核心元件。目前，較常采用的原子蒸汽泡制作方法有以下幾種：1、 吹玻璃法，采用側(cè)壁帶有通氣管的玻璃管，將兩光學(xué)玻璃片通過熔融法或化學(xué) 鍵合法與玻璃管兩個(gè)端面連接固定，通過玻璃管側(cè)壁的通氣管抽空玻璃管內(nèi)的 空氣，然后通過玻璃管側(cè)壁的通氣管向玻璃管內(nèi)充入所需的惰性氣體和堿性金 屬蒸汽，最后將通氣管熔融密封，即得到原子蒸汽泡；以該法制作原子蒸汽泡 的成本比較高，難于大規(guī)模生產(chǎn)，而且在以該法制作橫截面小于1cm尺寸的原 子蒸汽泡比較困難。

2、熔融空心光纖法，由NIST于2003年為實(shí)現(xiàn)原子蒸汽泡體積微型化而 提出，該法利用了激光加熱、焊接的方法，即將一段空心光纖的兩端用激光焊 封，在空心光纖的側(cè)壁開設(shè)通孔，并將細(xì)進(jìn)氣管與空心光纖的側(cè)壁通孔通過激 光焊接的方法固定連接，通過進(jìn)氣管抽空空心光纖內(nèi)的空氣，然后通過進(jìn)氣管 向空心光纖內(nèi)充入所需的惰性氣體和堿性金屬蒸汽，最后將進(jìn)氣管熔融密封， 即得到原子蒸汽泡；但是在實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣管與空心光纖壁孔的焊接時(shí)，工藝要求比 較高，不易實(shí)現(xiàn)。

3、利用MEMS工藝來制作原子蒸汽泡，在拋光的硅片上刻蝕出一與硅片 頂面、底面垂直的通孔，將硅片的底面與一玻璃片進(jìn)行陽(yáng)極鍵合后，放入充有 所需惰性氣體和堿性金屬蒸汽的密封容器中，再將另一玻璃片蓋到硅片頂面， 進(jìn)行第二次陽(yáng)極鍵合，即得到原子蒸汽泡。該法可以實(shí)現(xiàn)原子蒸汽泡的微型化， 便于大規(guī)模生產(chǎn)，但是要求配備專用鍵合設(shè)備，制作成本很高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有制作微型原子蒸汽泡的方法對(duì)工藝、設(shè)備要求高，導(dǎo) 致制作成本過高的問題，提供了一種實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、底成本的微型原子蒸汽泡制作 方法。

本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：微型原子蒸汽泡制作方法，制作步驟 如下：

1、選取具有兩平行端面的微型玻璃腔，并在微型玻璃腔的腔體側(cè)壁開設(shè) 一個(gè)直徑為0.8-1mm的通孔；其中，微型玻璃腔的大小根據(jù)具體需要選擇；所 述微型玻璃腔對(duì)于玻璃制造領(lǐng)域的技術(shù)人員來說能夠批量實(shí)現(xiàn)；

2、選取側(cè)壁上設(shè)有錫化鋅玻璃窗口的密閉玻璃器皿，并在密閉玻璃器皿 內(nèi)懸置與錫化鋅玻璃窗口正對(duì)的玻璃棒，在密閉玻璃器皿外設(shè)置用于加熱密閉 玻璃器皿的加熱帶；

3、將微型玻璃腔置于密閉玻璃器皿內(nèi)，并放置在玻璃棒的正下方，且使 微型玻璃腔上的通孔與玻璃棒正對(duì)，抽空密閉玻璃器皿內(nèi)的空氣，使密閉玻璃 器皿內(nèi)的真空度至少達(dá)到10^-6托，然后同時(shí)向密閉玻璃器皿內(nèi)充入惰性氣體 (如：氮?dú)?和堿性金屬蒸氣(如：銣、銫)；其中，惰性氣體、堿性金屬蒸 氣向密閉玻璃器皿內(nèi)充入時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)(如：壓強(qiáng)、密度)根據(jù)微型原子蒸汽 泡具體應(yīng)用器件(如：微型磁力計(jì)、微型原子鐘、微型核磁共振陀螺等)的不 同而不同，且針對(duì)相同應(yīng)用器件不同的性能要求也會(huì)有所不同，同時(shí)，針對(duì)不 同應(yīng)用器件的要求、及相同應(yīng)用器件的不同要求，惰性氣體、堿性金屬蒸氣在 向密閉玻璃器皿內(nèi)充入時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)為本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知；

4、通過加熱帶對(duì)密閉玻璃器皿加熱，使密閉玻璃器皿內(nèi)的溫度保持在 120℃-130℃；1-2小時(shí)后，采用激光器通過錫化鋅玻璃窗口對(duì)密閉玻璃器皿內(nèi) 的玻璃棒端部進(jìn)行大功率激光照射，直至激光的能量使玻璃棒端部溶化為玻璃 小液珠，玻璃小液珠由玻璃棒端部滴落在微型玻璃腔的通孔處，將通孔密封； 其中，對(duì)密閉玻璃器皿加熱的目的是為了使密閉玻璃器皿內(nèi)的惰性氣體和堿性 金屬蒸氣均勻混合，尤其加熱至120℃-130℃，氣體分子的活躍性極為利于惰 性氣體和堿性金屬蒸氣的混合；另外，玻璃小液珠對(duì)微型玻璃腔上通孔處的密 封，主要應(yīng)用了玻璃小液珠的表面張力效應(yīng)，使得玻璃小液珠不會(huì)經(jīng)通孔掉入 玻璃腔內(nèi)，而是停留在通孔處將通孔密封；