一种碱金属原子气室制备方法及原子气室技术

本发明专利技术公开了一种碱金属原子气室制备方法及原子气室，本发明专利技术制备工艺采用单晶硅板开孔、单元切割、玻璃片阳极键合封闭，可大大提高了原子气室制造效率和制造精度、降低成本，本发明专利技术采用单晶硅材料制备碱金属原子气室，单晶硅材料具有良好的导热性，工作运行仅需较小的加热功率，其应用于磁力仪、原子钟、原子陀螺仪移动设备中能大幅度降低装置能耗，同时降低重量和体积，在单晶硅材料通过高速铣削工艺开设的通孔构成原子气体腔室，制造精度高、制造效率高、尺寸小、成本低，适于工业规模化生产，原子气室结构紧凑，可实现轻量化、小型化，低能耗。耗。耗。

【技术实现步骤摘要】
一种碱金属原子气室制备方法及原子气室


[0001]本专利技术涉及原子光学、原子钟
，尤其是一种碱金属原子气室制备方法及原子气室。

技术介绍

[0002]随着量子技术和原子物理的快速发展，而碱金属原子气室是制造磁力仪、原子钟、原子陀螺仪的关键核心部件，目前，原子气室的制备工艺有玻壳熔接、玻璃吹制、刻蚀、键合等技术制造，其工序较多、精度低、尺寸大、制造效率低、成本高，不适用工业规模化生产，其次，因碱金属原子气室的工作运行温度一般为80～85
°
C，玻璃材质的导热性不好，需配套较大功率的加热器，其应用于磁力仪、原子钟、原子陀螺仪等移动设备中导致功率能耗较大，需匹配较大容量电池，不利于应用设备的小型化及轻量化，原子钟的低功耗和微型化已成为其应用的技术瓶颈。

技术实现思路

[0003]为了克服
技术介绍
中的技术问题，本专利技术提供了一种碱金属原子气室制备方法及原子气室。
[0004]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术公开了一种采用单晶硅材料制造碱金属原子气室的制备方法，具体制备步骤如下：A、开孔：在单晶硅材料的单晶硅板上，采用高速铣削工艺铣削出通孔；B、切割：沿开设的通孔周边切割单晶硅板，切割为方形的原子气室方体；C、开设加注孔：在原子气室方体上未开设有通孔的一个端面上通过高速铣削工艺开设用于碱金属原子加注的加注孔，所述加注孔与通孔连通；D、研磨抛光：对开孔后的原子气室方体表面和通孔内表面进行研磨、抛光处理；E、清洗：将研磨抛光后的原子气室方体进行去离子水超声波清洗；F、键合封闭：采用与开设有通孔的原子气室方体端面尺寸一致的玻璃片，与开设有通孔的原子气室方体端面进行阳极键合，封闭的原子气室方体的通孔构成原子气体腔室，相对端面的玻璃片形成光学窗口；G、在所述加注孔上连接加注管，完成碱金属原子气室的制备。
[0005]进一步优选的，在所述步骤B中，切割成的原子气室方体，再通过高速铣削工艺开设第二个通孔，两个通孔的中心轴线垂直相交。开设两个通孔可形成两个光学窗口通道，可实现双向激光照射，两个通孔的中心轴线垂直相交更易提高铣削开孔精度，通孔都位于原子气室方体端面中心位置，加工成型的原子气室整体尺寸小、结构紧凑，工作运行功耗低。
[0006]优选的，所述步骤A中，所述单晶硅板厚度为2.1mm以上，在单晶硅板上铣削出的通孔为一个以上，所述通孔直径为1.5 mm，相邻通孔边缘的距离不小于1.8mm。实现原子气室方体微型化并预留足够切割空间，实现批量制造。
[0007]优选的，在所述步骤B中，切割后，所述通孔位于原子气室方体端面中心位置，原子气室整体尺寸小、结构紧凑。
[0008]优选的，在所述步骤B中，切割成的原子气室方体为正方体，其长、宽、高分别为2
×2×
2mm。可制成结构紧凑的正方体原子气室方体，实现相关磁力仪、原子钟、原子陀螺仪移动设备小型化和轻量化，并降低功耗。
[0009]优选的，所述步骤D中，所述原子气室方体的表面研磨、抛光至表面粗糙度Ra值不大于0.002 μm，所述通孔内表面采用斯曼克流体抛光工艺抛光至表面粗糙度Ra值不大于0.001μm。使其表面达到与玻璃的键合要求、实现光学窗口极高的透光率，通孔内表面采用斯曼克流体抛光工艺抛光效率高、效果好、避免对材料损坏。
[0010]优选的，所述步骤F中，所述玻璃片为无碱光学玻璃，厚度为0.2 mm。实现光学窗口极高的透光率，无碱玻璃避免对碱金属原子工作产生干扰等不利影响。
[0011]优选的，所述步骤G中，在所述加注孔上阳极键合连接加注管。
[0012]本专利技术还公开了一种碱金属原子气室，包括单晶硅材料的原子气室方体，呈方形的原子气室方体设有通过高速铣削开设的通孔，在开设有通孔的原子气室方体端面上分别阳极键合连接有作为光学窗口的玻璃片，所述玻璃片围合封闭通孔构成原子气体腔室，在原子气室方体上未开设有通孔的一个端面上通过高速铣削开设有用于加注碱金属原子的加注孔，所述加注孔与通孔连通。
[0013]优选的，所述原子气室方体开设的通孔为一个或两个圆形孔，通孔为两圆形孔时，两个通孔中心轴线垂直相交。两个通孔形成的原子气室腔体可构成两个光学窗口通道，可实现双向激光照射，两个通孔的中心轴线垂直相交更易提高铣削开孔精度，加工成型的原子气室整体尺寸小、结构紧凑，工作运行功耗更低。
[0014]优选的，所述通孔位于原子气室方体端面中心位置，原子气室整体尺寸小、结构紧凑。
[0015]优选的，所述加注孔位于原子气室方体端面中心位置，其中心轴线与通孔中心轴线垂直相交，有利于提高铣削开孔加工精度和加注管键合连接。
[0016]优选的，所述原子气室方体为正方体，其长、宽、高分别为2
×2×
2mm，所述通孔直径为1.5 mm，所述加注孔直径为0.8 mm，所述加注孔上连接有加注管，所述玻璃片为无碱光学玻璃，厚度为0.2 mm。正方体利于铣削加工，原子气室结构更为紧凑，并实现轻量化、微型化、低能耗。
[0017]本专利技术的有益效果是：本专利技术采用单晶硅材料制备碱金属原子气室，单晶硅材料具有良好的导热性，工作运行仅需较小的加热功率，其应用于磁力仪、原子钟、原子陀螺仪移动设备中能大幅度降低装置能耗，同时可降低电源重量和体积，在单晶硅材料通过高速铣削工艺开设的通孔构成原子气体腔室，制造精度高、开孔直径小、表面光洁度高、制造效率高、成本低，适用工业规模化生产，原子气室结构紧凑、尺寸小，并实现设备的微型化、轻量化和低能耗。
[0018]在原子气室方体可开设两个通孔，两个通孔成型的原子气室腔体可形成两个光学窗口通道，可实现双向激光照射，两个通孔的中心轴线垂直相交更易提高铣削开孔精度，加工成型的原子气室整体尺寸小、结构紧凑，工作运行功耗低。
[0019]本专利技术制备工艺采用单晶硅板高速铣削精确开孔、单元切割、玻璃片阳极键合封
闭，单晶硅材料与玻璃之间具有较好的键合特性，可大大提高了原子气室制造效率和制造精度、降低成本，适合工业化规模化生产，并可实现其应用的设备的低功耗、小型化和轻量化，解决了原子钟的低功耗和微型化的技术瓶颈，对数字通信、航空航天、导航定位技术的发展具有重大意义。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施例1铣削通孔示意图；图2是本专利技术实施例1的原子气室方体结构示意图；图3是本专利技术实施例1的原子气室方体与玻璃片键合示意图；图4是本专利技术实施例1的原子气室方体封闭后结构示意图；图5是本专利技术实施例1的原子气室方体连接加注管示意图；图6是本专利技术实施例2铣削通孔示意图；图7是本专利技术实施例2的原子气室方体结构示意图；图8是本专利技术实施例2的原子气室方体与玻璃片键合示意图；图9是本专利技术实施例2的原子气室方体封闭后结构示意图；图10是本专利技术实施例2的原子气室方体连接加注管示意图。
[0021]图中零部件及编号：1
‑
原子气室方体；2
‑
通孔；3
‑
玻璃片；4
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碱金属原子气室制备方法，其特征在于，采用单晶硅材料制备碱金属原子气室，具体步骤如下：A、开孔：在单晶硅材料的单晶硅板上，采用高速铣削工艺铣削出通孔；B、切割：沿开设的通孔周边切割单晶硅板，切割为方形的原子气室方体；C、开设加注孔：在原子气室方体上未开设有通孔的一个端面上通过高速铣削工艺开设用于碱金属原子加注的加注孔，所述加注孔与通孔连通；D、研磨抛光：对开孔后的原子气室方体表面和通孔内表面进行研磨、抛光处理；E、清洗：将研磨抛光后的原子气室方体进行去离子水超声波清洗；F、键合封闭：采用与开设有通孔的原子气室方体端面尺寸一致的玻璃片，与开设有通孔的原子气室方体端面进行阳极键合，封闭的原子气室方体的通孔构成原子气体腔室，相对端面的玻璃片形成光学窗口；G、在所述加注孔上连接加注管，完成碱金属原子气室的制备。2.根据权利要求1所述的一种碱金属原子气室制备方法，其特征在于，在所述步骤B中，切割成的原子气室方体， 再通过高速铣削工艺开设第二个通孔，两个通孔的中心轴线垂直相交。3.根据权利要求1所述的一种碱金属原子气室制备方法，其特征在于，所述步骤A中，所述单晶硅板厚度为2.1mm以上，在单晶硅板上铣削出的通孔为一个以上，所述通孔直径为1.5 mm，相邻通孔边缘的距离不小于1.8mm。4.根据权利要求1所述的一种碱金属原子气室制备方法，其特征在于，在所述步骤B中，切割成的原子气室方体为正方体，其长、宽、高分别为2
×2×
2mm。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：付涛，付家铭，
申请(专利权)人：付涛，
类型：发明
国别省市：