一种含多反射腔的氦原子气室制作方法及氦原子气室技术

本发明专利技术公开了一种含多反射腔的氦原子气室制作方法及氦原子气室，其中制作方法包括：提供第一柱面镜和第二柱面镜，分别对第一柱面镜和第二柱面镜的反射面进行两层镀膜处理，内层镀膜处理的材料为五氧化二钽，外层镀膜处理的材料为二氧化硅；将镀膜处理后第一柱面镜和第二柱面镜固定在硅片上，在硅片上设置无底玻璃气室，得到含多反射腔的玻璃气室；对多个玻璃气室进行烧制得到多腔室玻璃泡；使用氦气反复清洗多腔室玻璃泡；向多腔室玻璃泡充入预设气压的氦气；取下多腔室玻璃泡内的不含吸气剂的玻璃气室，得到含多反射腔的氦原子气室。本发明专利技术能够保证最终制备出的氦原子气室的高纯度和长寿命，从而能够有效提升氦原子磁力仪的工作性能。工作性能。工作性能。

【技术实现步骤摘要】
一种含多反射腔的氦原子气室制作方法及氦原子气室


[0001]本专利技术涉及原子传感器
，尤其是涉及一种含多反射腔的氦原子气室制作方法及氦原子气室。

技术介绍

[0002]基于量子精密测量技术的原子传感器包括原子钟、原子磁力仪、原子陀螺仪等。这些原子传感器的发展可满足人们对于高精度授时、极微弱磁场探测、自主导航等方面的需求，并在地球物理、生物医学、军事与国防等领域具备广阔的应用前景。由于原子传感器的核心部件为原子气室，因而上述高精度原子传感器的发展与原子气室的性能密切相关。
[0003]原子气室中的常用工作物质为氦原子和碱金属原子，两者由于各自的特点不同，导致了它们在不同的应用场景下各有作用。举例而言，与碱金属原子相比，氦
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4原子具有线性塞曼分裂、无超精细结构、原子在较大温度范围内都为气态、气室内原子数密度对温度不敏感等优点，因而更适合大范围磁场测量和温度变化较大的外场下应用。然而，氦原子磁力仪的灵敏度直接依赖于气室内氦原子气体的纯度，纯度越高则原子磁力仪的灵敏度越高。传统的氦原子气室制作方法是先抽真空、后向气室内充入高纯度的氦气，但是传统的氦原子气室制作方法由于受到充气管道和气室壁释放的杂质气体的影响，导致最终制备出的氦原子气室的纯度和寿命均不理想。基于此，研究人员近年来提出了一种制作超高纯度氦原子气室的方法。
[0004]除了氦原子气体纯度上的改进，另一种提升氦原子磁力仪灵敏度的手段是在原子气室中引入多反射腔来增加光与原子相互作用的距离，从而提升磁共振信号的信噪比。Herriott腔是一种常见的多反射腔，最早于上世纪60年代提出，并于近些年演化出了多种版本，例如密集型Herriott腔。该种多反射腔由两面曲率相同的柱面镜构成，光沿固定角度从前腔镜的中心孔入射至腔内，在腔内经过多次反射后从同一个孔出射，形成闭合回路。2011年，研究人员将密集型Herriott腔应用于碱金属原子磁力仪，取得了磁共振信号信噪比的显著提升，并使得磁力仪的灵敏度达到了亚飞特斯拉量级。此外，人们还将多反射腔应用到了射频信号探测、突破量子极限的精密测量实验、生物磁信号测量等领域。
[0005]然而，目前为止，人们所报道的含多反射腔的原子气室均为碱金属原子气室，而含多反射腔的氦原子气室以及其他纯气体原子气室仍未被研究，这限制了基于氦原子气室的原子传感器的发展。因此，如何制作出一种含多反射腔的超高纯度氦原子气室，以提升现有的氦原子磁力仪的工作性能，是目前本领域的研究人员仍待解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种含多反射腔的氦原子气室制作方法及氦原子气室，结合了超高纯度氦原子气室的制作方法以及多反射腔的优势，能够有效提升现有氦原子磁力仪的工作性能。
[0007]本专利技术的一个实施例提供了一种含多反射腔的氦原子气室制作方法，包括：
[0008]提供第一柱面镜和第二柱面镜，分别对所述第一柱面镜和所述第二柱面镜的反射面进行两层镀膜处理，所述两层镀膜处理包括内层镀膜处理和外层镀膜处理，所述内层镀膜处理采用的材料为五氧化二钽，外层镀膜处理采用的材料为二氧化硅；
[0009]将镀膜处理后的所述第一柱面镜和所述第二柱面镜固定在硅片上，在所述硅片上采用阳极键合技术设置无底玻璃气室，得到含多反射腔的玻璃气室；
[0010]连接多个所述玻璃气室，并对多个玻璃气室进行烧制得到多腔室玻璃泡，多个所述玻璃气室包括一个含吸气剂的玻璃气室和若干个不含吸气剂的玻璃气室；
[0011]对所述多腔室玻璃泡抽取真空并进行高温烘烤处理；
[0012]通过直流电加热所述多腔室玻璃泡，以激活所述吸气剂；
[0013]使用氦气反复清洗所述多腔室玻璃泡；
[0014]向所述多腔室玻璃泡充入预设气压的氦气；
[0015]将所述多腔室玻璃泡放入烤箱高温烘烤预设时长；
[0016]取下所述多腔室玻璃泡内的不含吸气剂的玻璃气室，得到含多反射腔的氦原子气室。
[0017]进一步的，在将镀膜处理后的所述第一柱面镜和所述第二柱面镜固定在硅片上之前，还包括：
[0018]利用机械切割键合平台确定所述第一柱面镜的主轴和所述第二柱面镜的主轴之间的夹角，并利用机械加工模具确定所述第一柱面镜和所述第二柱面镜之间的间距以及所述第一柱面镜和所述第二柱面镜在硅片上的绝对位置。
[0019]进一步的，所述第一柱面镜设置有中间孔，所述第二柱面镜不设置中间孔。
[0020]进一步的，所述吸气剂用于吸附空气中的常见气体。
[0021]进一步的，所述连接多个所述玻璃气室，包括：
[0022]采用玻璃管道连接多个所述玻璃气室。
[0023]本专利技术的一个实施例提供了一种含多反射腔的氦原子气室，包括采用如上述的原子气室制作方法制作的含多反射腔的氦原子气室。
[0024]本专利技术实施例在构成多反射腔的第一柱面镜和第二柱面镜的反射面上均进行了两层镀膜处理，且内层镀膜处理的材料为五氧化二钽，能够有效增加光的反射率；外层镀膜处理的材料为二氧化硅，能够有效防止高能氦原子、氦离子以及电子与五氧化二钽镀膜层碰撞而发生反应，导致原子气室内产生除氦原子以外的杂质，影响亚稳态氦原子数密度，影响氦原子磁力仪灵敏度，从而能够有效提高氦原子磁力仪灵敏度，提高氦原子磁力仪的工作性能。
[0025]进一步的，本专利技术实施例通过连接多个玻璃气室，并对多个玻璃气室进行烧制得到多腔室玻璃泡，多个玻璃气室包括一个含吸气剂的玻璃气室和若干个不含吸气剂的玻璃气室，通过直流电加热多腔室玻璃泡以激活吸气剂，通过吸气剂吸附空气中的常见气体，并向多腔室玻璃泡充入预设气压的氦气以制备得到含多反射腔的氦原子气室，从而能够有效提高氦气的纯度，进而能够有效提高最终制备出的含多反射腔的氦原子气室的纯度和寿命，有利于提高现有氦原子磁力仪的工作性能。
附图说明
[0026]图1是本专利技术实施例提供的含多反射腔的氦原子气室制作方法的流程示意图；
[0027]图2是本专利技术实施例提供的含多反射腔的玻璃气室的一种结构示意图；
[0028]图3是本专利技术实施例提供的含多反射腔的玻璃气室的另一种结构示意图；
[0029]图4是本专利技术实施例提供的含多反射腔的氦原子气室及普通氦原子气室的光谱分布图。
具体实施方式
[0030]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0031]在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含多反射腔的氦原子气室制作方法，其特征在于，包括：提供第一柱面镜和第二柱面镜，分别对所述第一柱面镜和所述第二柱面镜的反射面进行两层镀膜处理，所述两层镀膜处理包括内层镀膜处理和外层镀膜处理，所述内层镀膜处理采用的材料为五氧化二钽，外层镀膜处理采用的材料为二氧化硅；将镀膜处理后的所述第一柱面镜和所述第二柱面镜固定在硅片上，在所述硅片上采用阳极键合技术设置无底玻璃气室，得到含多反射腔的玻璃气室；连接多个所述玻璃气室，并对多个玻璃气室进行烧制得到多腔室玻璃泡，多个所述玻璃气室包括一个含吸气剂的玻璃气室和若干个不含吸气剂的玻璃气室；对所述多腔室玻璃泡抽取真空并进行高温烘烤处理；通过直流电加热所述多腔室玻璃泡，以激活所述吸气剂；使用氦气反复清洗所述多腔室玻璃泡；向所述多腔室玻璃泡充入预设气压的氦气；将所述多腔室玻璃泡放入烤箱高温烘烤预设时长；取下所述多腔室玻璃泡内的不含吸气剂的玻璃气室，得到含多反射腔的氦原子气室。2.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭翔，郭弘，刘洋，易凯文，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：