[發明專利]一種全玻璃堿金屬原子氣室的制備方法

有效

• 申請號: 201910237761.1
• 申請日: 2019-03-27
• 公開（公告）號: CN110015636B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 李德釗;吳彬;張桂迎;李衎;林強
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

本發明涉及一種全玻璃堿金屬原子氣室的制備方法。目前加工技術難以在較低溫度條件下實現可填充純堿金屬的微米尺度氣室。本方法首先在玻璃基底表面進行微通道成形加工，形成原子氣室主體結構形貌，在該形貌一端加工出通孔，形成堿金屬原子填充通道；然后用另一個玻璃基底對前玻璃基底進行鍵合封閉，形成原子氣室主體結構；將玻璃毛細管一端與通孔的開放端相互鍵合，形成堿金屬原子注入通道，通過玻璃毛細管加注所需純堿金屬之后，采用玻璃燒結的方法封閉堿金屬氣室，自然形成封閉結構，形成閉合的堿金屬原子氣室。本發明方法實現了全玻璃腔體堿金屬原子氣室，制造成本低，可滿足百微米尺度氣室加注純堿金屬要求，同時可以實現氣室的批量化制備。

技術領域

本發明屬于精密測量技術領域，具體是原子鐘、原子陀螺儀、原子光學磁力儀等領域，涉及一種全玻璃堿金屬原子氣室的制備方法，可用于百微米左右尺寸氣室的制備。

背景技術

作為目前精密測量領域的新技術，原子鐘、原子陀螺儀、原子光學磁力儀這些新一代量子傳感器都是目前精密測量領域迫切需要的。堿金屬原子氣室作為這些設備的核心部件，也是這些傳感器性能提升的關鍵所在。

為了制備適合的原子氣室，近年來有多種技術手段被提出，主要包括三類：玻璃吹注成形技術，采用MEMS工藝結合陽極鍵合成形的加工技術，另外也有采用機械加工結合陽極鍵合成形的辦法。其中：

(1)玻璃吹注成形的原子腔加工技術，通常被用來制造尺寸大于毫米的較大原子氣室，同時該技術所能加工的原子腔在形貌上也受到一定限制，無法保證原子氣室透光面的平整。

(2)采用MEMS工藝結合陽極鍵合形成堿金屬原子腔的技術，可以用來制造尺寸較小的原子氣室，也可以保證氣室透光面的平整度。然而采用這種技術，因為陽離子鍵合技術對設備條件要求高，制備過程中需要高溫高壓，采用這種加工方式來制備原子氣室，也會在堿金屬的加注上存在困難，通常采用堿金屬化合物的加注方法，造成這種技術很難保證氣室內堿金屬的純度。

(3)采用機械加工結合陽極鍵合的辦法形成堿金屬原子腔的技術，這種技術通過機械加工氣室的各個面，之后采用陽極鍵合的辦法形成氣室。這種技術支持相比常規的陽極鍵合可以使用更多的材料來制備原子氣室，但是依然存在著堿金屬加注困難的問題，同時難以實現尺寸小于毫米的堿金屬原子氣室。

目前的堿金屬氣室加工技術存在著難以在較低溫度的加工條件下，實現可填充純堿金屬的微米尺度氣室的問題。

發明內容

本發明的目的就是針對現有技術的不足，提供一種全玻璃堿金屬原子氣室的制備方法。

本發明中的堿金屬原子氣室為帶有純堿金屬注入通道的微米尺度原子氣室，具體包括：

原子氣室主體結構，作為原子氣室的主要工作空間；所述的原子氣室主體結構為全玻璃包圍的腔體，腔體的縱截面寬度為1～500μm，高度為1～500μm，總長度L為500～5000μm；

堿金屬原子填充通道，用于堿金屬進入到原子氣室內；所述的堿金屬原子填充通道為開設在原子氣室主體結構一端的微孔，微孔的截面面積S為10μm²～10mm²；

堿金屬原子注入通道，用于純堿金屬的直接加注及燒結封閉后密閉氣室的成形；所述的堿金屬原子注入通道為連接堿金屬原子填充通道的玻璃微管，玻璃微管的橫截面面積S′＝kS,k＝1.01～1.1。

具體制備方法如下：

步驟1.選取玻璃基底作為氣室的加工材料，采用MEMS加工工藝在玻璃基底表面進行微通道成形加工，形成原子氣室主體結構形貌；原子氣室主體結構形貌為槽狀，其縱截面的寬度為1～500μm，深度為1～500μm，總長度為500～5000μm；進一步，采用激光加工工藝在玻璃基底表面進行微通道成形加工，形成原子氣室主體結構形貌；