[實用新型]一種堿金屬諧振器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420050120.8
• 申請日: 2014-01-26
• 公開（公告）號: CN203720553U
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張忠山;于連忠;湯亮;喬東海
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號: G04F5/14
• 分類號: G04F5/14
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種堿金屬諧振器。

背景技術(shù)

目前原子鐘是最精準的人造時鐘，根據(jù)報道，最新研制出的原子鐘的精度達10的18次方。原子鐘量子躍遷的特殊類型是超精細躍遷，超精細躍遷涉及原子核磁場和核外電子磁場的相互作用。目前原子鐘主要朝兩個方面發(fā)展：一方面是提高原子鐘的精度；另一方面，就是在保證其性能的前提下將其小型化，以適合GPS和通信衛(wèi)星等對于原子鐘的迫切需求。因此如何減小體積和重量，同時降低其功耗，并具有較高的準確度和穩(wěn)定度，是目前原子鐘遇到的主要技術(shù)挑戰(zhàn)。

堿金屬原子鐘，比如銣、銫原子鐘，體積小、重量輕、性能好，并且成本較低，是目前應(yīng)用最廣泛的一種原子鐘。堿金屬原子鐘由物理封裝部分和電路伺服部分構(gòu)成，物理封裝部分對堿金屬原子鐘的短期和長期穩(wěn)定性起到?jīng)Q定性作用。物理部分的核心部件是堿金屬諧振器，其一般為玻璃-硅片-玻璃的三明治結(jié)構(gòu)，中間的硅片有部分被掏空而形成腔體，稱為諧振腔，堿金屬或者用于制備堿金屬的原料置入腔體內(nèi)，特殊調(diào)制的激光，通過四分之一波片變成圓偏振光，然后照射諧振腔，在堿金屬諧振腔中發(fā)生CPT諧振，通過光電二極管探測光能量變化。要實現(xiàn)堿金屬原子鐘的微型化，關(guān)鍵是減小堿金屬諧振器的體積；要實現(xiàn)原子鐘的長期穩(wěn)定性，關(guān)鍵是增加堿金屬諧振器的穩(wěn)定性。

目前原子鐘堿金屬諧振器共有以下幾種：1、在玻璃-硅-玻璃的三明治結(jié)構(gòu)中直接加入氯化銣和疊氮化鋇，再通過反應(yīng)生成堿金屬銣；但是反應(yīng)殘留物氯化鋇滯留在堿金屬諧振腔內(nèi)，對化學(xué)窗口產(chǎn)生污染，會嚴重影響銣與光作用，因而獲得的原子鐘的性能不高；2、在玻璃-硅-玻璃的結(jié)構(gòu)中，設(shè)計兩個腔室：一個腔室用于放置堿金屬（比如銣、銫）釋氣劑，一個腔室用于堿金屬諧振，釋氣劑在激活狀態(tài)下會釋放堿金屬蒸汽，進而擴散到這個腔體中；但是這種設(shè)計增加了堿金屬諧振器的總體面積，從而增加了原子鐘物理封裝的體積，不符合原子鐘小型化的發(fā)展趨勢；3、在玻璃-硅-玻璃的結(jié)構(gòu)中，先在腔體中置入純的堿金屬，再通過靜電鍵合上玻璃，封閉腔體，但是，堿金屬的熔點低于靜電鍵合溫度，所以，靜電鍵合溫度會導(dǎo)致堿金屬的揮發(fā)，影響靜電鍵合質(zhì)量，降低了堿金屬諧振器的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的是提供一種堿金屬諧振器，其不僅體積小，而且性能穩(wěn)定。

為達到上述發(fā)明目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是：

一種堿金屬諧振器，其為玻璃-硅片-玻璃三明治結(jié)構(gòu)，包括諧振腔腔體與包圍腔體的六個側(cè)面，在由硅片構(gòu)成的一個側(cè)面上設(shè)有一開口，開口的一端與諧振腔連通，另一端由焊料封閉；所述焊料與硅片之間設(shè)有金屬層；諧振腔腔體內(nèi)放有堿金屬并充有緩沖氣體。

由于上述技術(shù)方案的運用，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點:

根據(jù)本實用新型的堿金屬諧振器，堿金屬可以通過其側(cè)面預(yù)留的開口進入諧振腔中，不會與靜電鍵合互相影響；焊料將開口封閉，使諧振腔密閉，保持諧振腔中的緩沖氣體；與現(xiàn)有相比，本實用新型提供的堿金屬諧振器制備方法簡單、成本低、性能優(yōu)異，適于工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為實施例一中的堿金屬諧振器的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1、焊料，2、金屬層，3、玻璃，4、玻璃，5、硅片，6、諧振腔，7、開口，8、堿金屬。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例以及附圖對本實用新型作進一步描述：

實施例一：一種堿金屬諧振器

附圖1為本實施例提供的堿金屬諧振器的結(jié)構(gòu)示意圖；參見附圖1，堿金屬諧振器包括焊料1、金屬層2、玻璃3、玻璃4、硅片5、諧振腔6、開口7以及堿金屬8，其為玻璃-硅片-玻璃三明治結(jié)構(gòu)，包括諧振腔腔體與包圍腔體的六個側(cè)面，其中諧振腔為方形結(jié)構(gòu)，腔體的一個由硅片構(gòu)成的側(cè)面設(shè)置長方形開口，開口的一端與腔體連通，一端由焊料封閉；所述焊料與硅片之間設(shè)有金屬層；諧振腔腔體內(nèi)放有堿金屬并充有緩沖氣體。

上述堿金屬諧振器的具體制備方法如下：

（1）采用RCA標準清洗步驟清洗硅片；在清洗后的硅片兩面熱氧化生長氧化層并在氧化層上通過LPCVD淀積氮化硅；根據(jù)所需腔體形狀，采用雙面光刻刻蝕，刻蝕氧化硅和氮化硅，露出部分硅片，再利用雙面KOH濕法腐蝕去除沒有氧化硅和氮化硅保護的硅片，從而制備出作為諧振腔的通孔以及開口；再采用雙面光刻刻蝕，刻蝕氧化硅和氮化硅，露出剩余的硅片；?

（2）通過靜電鍵合方式對上述帶有通孔與開口的硅片進行玻璃-硅片-玻璃靜電鍵合，形成三明治結(jié)構(gòu)；至此諧振器的腔體已形成，其中的一個側(cè)面通過開口與外界連通；

（3）在開口兩側(cè)硅片的表面濺射金屬；?

（4）在手套箱中，將堿金屬通過開口移植至諧振腔內(nèi)；然后將緩沖氣體氮氣充入諧振腔內(nèi)；再利用焊料將開口密封即完成堿金屬諧振器的制備。