專利名稱：微型原子蒸汽泡制作方法
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k管，將兩光學(xué)玻璃片通過(guò)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(guò)玻璃管側(cè)壁的通氣管抽空玻璃管內(nèi)的 空氣，然后通過(guò)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lcm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(kāi)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(guò)激 光焊接的方法固定連接，通過(guò)進(jìn)氣管抽空空心光纖內(nèi)的空氣，然后通過(guò)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)。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(guò)高的問(wèn)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(kāi)設(shè) 一個(gè)直徑為0.8-lmm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(lái)說(shuō)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(guò)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°C-130°C; l-2小時(shí)后，采用激光器通過(guò)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120lC-130°C，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；
5、 停止對(duì)密閉玻璃器皿的加熱，待密閉玻璃器皿內(nèi)的溫度降至室溫后， 將密封好的微型玻璃腔由密閉玻璃器皿內(nèi)取出；對(duì)微型玻璃腔的平行端面進(jìn)行 打磨，使微型玻璃腔的平行端面達(dá)到一級(jí)光潔度，然后在微型玻璃腔的平行端 面上鍍?cè)O(shè)能減小入射光損耗的增透膜，即得微型原子蒸汽泡成品。其中，增透 膜的選擇決定了入射光的透射波長(zhǎng)，需根據(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、及相同應(yīng)用器件的 不同性能要求進(jìn)行選擇，且增透膜如何選擇為本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明巧妙的利用玻璃小液珠密封微型玻璃腔，玻璃小 液珠以激光照射玻璃棒得到，可實(shí)施性強(qiáng)，無(wú)需配備專用設(shè)備，降低了原子蒸汽泡的制作成本，以簡(jiǎn)單的裝置和工藝實(shí)現(xiàn)了微型原子蒸汽泡的制作。本發(fā)明 工藝簡(jiǎn)單、合理，應(yīng)用裝置簡(jiǎn)單，制作成本低廉，適用于制作微型體積的原子 蒸汽泡，意義重要。
具體實(shí)施例方式
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(kāi)設(shè) 一個(gè)直徑為0.8-lmm的通孔；
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)；
4、 通過(guò)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°C-130°C; l-2小時(shí)后，采用激光器通過(guò)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；
5、 停止對(duì)密閉玻璃器皿的加熱，待密閉玻璃器皿內(nèi)的溫度降至室溫后， 將密封好的微型玻璃腔由密閉玻璃器皿內(nèi)取出；對(duì)微型玻璃腔的平行端面進(jìn)行 打磨，使微型玻璃腔的平行端面達(dá)到一級(jí)光潔度，然后在微型玻璃腔的平行端 面上鍍?cè)O(shè)能減小入射光損耗的增透膜，即得微型原子蒸汽泡成品。
權(quán)利要求
1、一種微型原子蒸汽泡制作方法，其特征在于制作步驟如下(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(kāi)設(shè)一個(gè)直徑為0.8-1mm的通孔；(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)充入惰性氣體和堿性金屬蒸氣；(4)、通過(guò)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(guò)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；(5)、停止對(duì)密閉玻璃器皿的加熱，待密閉玻璃器皿內(nèi)的溫度降至室溫后，將密封好的微型玻璃腔由密閉玻璃器皿內(nèi)取出；對(duì)微型玻璃腔的平行端面進(jìn)行打磨，使微型玻璃腔的平行端面達(dá)到一級(jí)光潔度，然后在微型玻璃腔的平行端面上鍍?cè)O(shè)能減小入射光損耗的增透膜，即得微型原子蒸汽泡成品。
全文摘要
本發(fā)明涉及原子蒸汽泡，具體是一種微型原子蒸汽泡制作方法。解決了現(xiàn)有制作微型原子蒸汽泡的方法對(duì)工藝、設(shè)備要求高，而導(dǎo)致制作成本過(guò)高的問(wèn)題，步驟如下選取有兩平行端面、側(cè)壁開(kāi)有小直徑通孔的微型玻璃腔；置于側(cè)壁上設(shè)有錫化鋅玻璃窗口的密閉玻璃器皿內(nèi)，放在懸置于密閉玻璃器皿內(nèi)的玻璃棒的正下方，通孔正對(duì)玻璃棒，對(duì)密閉玻璃器皿抽真空，充入惰性氣體、堿性金屬蒸氣；加熱密閉玻璃器皿，用激光器經(jīng)錫化鋅玻璃窗口對(duì)玻璃棒端部大功率激光照射，玻璃棒溶化為玻璃小液珠，滴落在通孔處，密封通孔；取出；打磨微型玻璃腔平行端面，鍍?cè)O(shè)增透膜。工藝簡(jiǎn)單、合理，應(yīng)用裝置簡(jiǎn)單，制作成本低廉，適用于制作微型體積的原子蒸汽泡，意義重大。
文檔編號(hào)G01C19/60GK101598772SQ20091007457
公開(kāi)日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者任小紅, 俊 劉, 焦新泉, 麗 秦, 荊彥鋒, 閆樹(shù)斌 申請(qǐng)人:中北大學(xué)