BR102013022421A2 - Empacotamento físico de um sensor atômico, e método de formação de um empacotamento físico - Google Patents

Abstract

EMPACOTAMENTO FÍSICO DE UM SENSOR ATÔMICO, E MÉTODO DE FORMAÇÃO DE UM EMPACOTAMENTO FÍSICO Uma modalidade está direcionada a um empacotamento físico de um sensor atômico. O empacotamento físico inclui uma armação composta por metal e incluindo uma pluralidade de elementos delgados de suporte se estendendo entre si numa estrutura tridimensional. Os elementos de suporte definem limites entre aberturas adjacentes definidas da armação. A pluralidade de elementos de suporte inclui uma pluralidade de superfícies de montagem adjacente às aberturas. O empacotamento físico também inclui uma pluralidade de painéis anexados às superfícies de montagem da armação. A pluralidade de painéis cobre as aberturas tal que a armação e a pluralidade dos painéis definem uma câmara de vácuo e proporcionam três trajetórias de luz que atravessam por dentro da câmara de vácuo em ângulos de 90 graus umas relativamente às outras. O empacotamento físico também inclui uma estrutura de ev cuação da câmara para evacuar a câmara de vácuo.

Description

^EMPACOTAMENTO FÍSICO DE UM SENSOR ATÔMICO, E MÉTODO DE FORMAÇÃO DE UM EMPACOTAMENTO FÍSICO

Fundamentos da Invenção Esforços estão sendo feitos para reduzir o tamanho js empacotamento de sensores atômicos, incluindo relógios atômicos e outros sensores que utilizam nuvens de átomos frios como o elemento sensor. Uma maneira de conseguir isso ^onsiste em reduzir o tamanho do empacotamento físico do Sensor atômico. Um exemplo de um empacotamento físico é um ÍdIoco de vidro que é usinado e selado para manter um vácuo hltraelevado. O bloco de vidro inclui uma pluralidade de faces no seu exterior e uma pluralidade de orifícios em ângulo, que servem como trajetórias de luz para capturar, resfriar e manipular a amostra atômica fria. Espelhos e jj anelas são anexados fixamente às aberturas externas dos f furos de passagem da luz para selar o empacotamento físico. Uma estrutura de evacuação da cavidade (por exemplo, porta t i de bombeio) é anexada para proporcionar meios para a evacuação inicial por vácuo do empacotamento físico. Um * \ ijeservatório da amostra (por exemplo, um reservatório para material alcalino) está ligado para segurar a amostra atômica utilizada como a referência de frequência para o ' | sensor atômico. O reservatório de amostra é quebrado após o processamento a vácuo, formando um vapor de fundo. Átomos i ? i no vapor de fundo são resfriados pelos feixes ópticos e í capturados pelos campos magnéticos numa configuração normalmente denominada uma armadilha magneto-óptica (MOT) ou sem o campo magnético, e melaço óptico. Nessa configuração, o número de átomos coletados na MOT se eleva como a quarta potência do tamanho do feixe óptico utilizado no empacotamento físico. No limite fundamental, o sinal relativamente ao ruido dos sensores atômicos se eleva como a raiz quadrada dos átomos capturados, levando a uma elevação fundamental no sinal do sensor relativamente ao ruído e ao tamanho do feixe óptico. O desenvolvimento de um empacotamento físico pequeno volume que permite que grandes feixes ópticos e a flexibilidade agregada de uma configuração multifeixes são cruciais ao desenvolvimento de empacotamentos físicos atômicos miniaturizados de alta performance. O uso da configuração de MOT de feixes múltiplos permite a flexibilidade que uma configuração de feixe único, tal como uma armadilha piramidal, não permite. Essa flexibilidade é necessária para considerar sensores ou relógios ópticos que requeiram bombeio óptico para preparação de estado de precisão, pulsos ópticos para manipulação atômica coerente ou "separadores de feixes" atômicos, ou para a redução da dispersão óptica através da seletiva cofragem dos feixes ópticos.

Sumário da Invenção Uma modalidade está direcionada para um empacotamento físico de um sensor atômico. O empacotamento físico inclui uma armação composta por metal e que inclui uma pluralidade de elementos de suporte que se prolongam mutuamente entre si numa estrutura tridimensional. Os elementos de suporte definem os limites entre as aberturas adjacentes definidas na armação. A pluralidade de elementos de suporte incluir uma pluralidade de superfícies de montagem adjacentes às aberturas. O empacotamento físico também inclui uma pluralidade de painéis ligados às superfícies de montagem da armação. A pluralidade de painéis cobrem as aberturas tal que a armação e a \ pluralidade de painéis definem uma câmara de vácuo e proporcionam três trajetórias de luz que atravessam dentro i da câmara em ângulos de 90 graus uns relativamente aos outros. O empacotamento físico também inclui uma estrutura de evacuação da câmara para evacuar a câmara de vácuo.

Figuras Entendendo que as Figuras descrevem apenas modalidades representativas e não são, portanto, para serem consideradas como a limitar o escopo, as modalidades representativas serão descritas com detalhes e especificidades adicionais através da utilização dos desenhos anexos, em que: A Figura 1 é uma vista em perspectiva de um equipamento de sensor atômico representativo. A Figura 2A é uma vista em perspectiva de um exemplo de um empacotamento físico do equipamento sensor atômico de acordo com a Figura 1. A Figura 2B é uma vista explodida de um exemplo de um empacotamento fisico do equipamento sensor atômico da Figura 1. A figura 3 é uma vista em perspectiva de um exemplo de uma armação para o empacotamento físico da Figura 2. A Figura 4 é um fluxograma de um método representativo de formação de um empacotamento físico do equipamento sensor atômico da Figura 1, o empacotamento físico compreendendo uma armação com uma pluralidade de painéis a ela anexada.

De acordo com a prática comum, as várias características descritas não estão em escala, mas são desenhadas de forma a enfatizar as características específicas relevantes quanto às modalidades representativas.

Descrição Detalhada Na descrição detalhada feita a seguir, é feita referência aos desenhos anexos os quais fazem parte dela, e nos quais são mostradas a título de ilustração, modalidades representativas específicas. No entanto, é para ser entendido que outras modalidades podem ser utilizadas e que as alterações lógicas, mecânicas e elétricas podem ser feitas. Além disso, o método apresentado nas figuras dos desenhos e na especificação não é para ser interpretado como a limitar a ordem na qual as etapas individuais podem ser executadas. A descrição detalhada apresentada a seguir, portanto, não é para ser considerada num sentido limitativo. À medida que a espessura do bloco de vidro descrito acima se tornar mais reduzida, o vidro pode se tornar demasiadamente frágil para fazer múltiplos furos de feixe através do bloco, resultando em quebras, fraturas e/ou estilhaços quando da usinagem dos furos no bloco de vidro. Para sensores que utilizam átomos resfriados a laser a partir de um vapor, essa questão fica conjugada pelo desejo de produzir os tamanhos dos furos o mais amplo possível de forma a poder acomodar grandes feixes ópticos. O assunto descrito neste documento pode lidar com essas questões mediante fornecer empacotamento físico composto de uma armação metálica definindo uma pluralidade de faces com painéis de materiais opticamente transparentes (por exemplo, de vidro), ligados a ela. Tal empacotamento físico pode ter excelente resistência, permitindo simultaneamente para feixes ópticos grandes ao mesmo tempo em que permite grandes feixes ópticos, permitindo que o empacotamento óptico consiga um pequeno tamanho sem comprometer a performance ou a flexibilidade operacional. A Figura 1 ê uma representativa vista em perspectiva de um equipamento sensor atômico 100. O equipamento sensor 10 0 é um sensor atômico, tal como um acelerômetro ou relógio atômico, incluindo um empacotamento i físico 110. Como é conhecido dos peritos na arte, ò sensor atômico 100 opera mediante preparar uma amostra de átomos frios com feixes luminosos provenientes de um iou mais lasers; os átomos frios servem como a base doi sensor. Embora os sensores de átomos frios sejam usados nesse exemplo, sensores usando amostras atômicas têrmicâs podem também se beneficiar do empacotamento físico 110 aqui i descrito. No caso de um relógio, os níveis de energia atômica são interrogados por campos ópticos ou de microondas para comparar a frequência de um oscilador externo relativamente aos níveis de energia interna dos átomos. O empacotamento físico 100 define uma câmara selada a vácuo que mantém os átomos que são interrogados. Num exámplo, os átomos são átomos de metais alcalinos, tais como ó rubídio 1 (por exemplo, Rb-78) ou de césio, e a câmara sjelada em vácuo é um vácuo passivo com ou sem agentes absorventes. O empacotamento físico 110 aqui descrito permite a uma pluralidade de trajetórias de luz a partir de diferentes j ângulos de intersecção com o mesmo volume dentro do pacote ] físico 110. Os átomos (por exemplo, uma nuvem de átomos) dentro do empacotamento físico 110 são então capturados dentro daquele volume tal que a pluralidade de trajetórias i de luz se cruzam com a nuvem de átomos a pjartir de diferentes ângulos. Os feixes de luz proveniéntes dos i l lasers podem ser propagados ao longo de uma pluralidade de l trajetórias de luz para interceptar com a nuvem dje átomos. t · Estes feixes de luz podem incluir feixes de luz utilizados para resfriar os átomos, e, dependendo da operação do sensor, podem incluir feixes de luz utilizados para interrogar ou ainda manipular os átomos. ? ! O sensor atomico 100 também pode incluir uma X bancada micro-ôptica 190 que inclui uma ou mais fontes de luz laser 170 para gerar feixes luminosos z laser de 170 para gerar os feixes luminosos para o resfriamento e/ou í interrogação dos átomos. Como urr. exemplo, uma j ou mais fontes de luz laser 17 0 pode incluir um laser de semicondutor, tais como um laser de cavidade vertical e de emissão de superfície (VCSEL), um laser de realimentação distribuído, ou um laser emissor de borda. A bancada micro-óptica 190 pode também incluir uma célula vapor microfabricada 192 contendo um metal alcalino tal como o rubídio ou césio para proporcionar a estabilização da frequência absoluta do laser 17 0, e um divisor ide feixe í para distribuir um feixe de luz 160 para a célulajde vapor 192 e ao empacotamento físico 110 e à célula de vapor 192. A célula de vapor 192 contendo um metal alcalino é usada para estabilizar a frequência do feixe de luz 160}do laser 170 a uma predeterminada transição atômica do metal alcalino. O sensor atômico 100 também inclui uma pluralidade de bobinas de campo magnético 180 (duas são mostradas no exemplo da Figura 1), tais como bobinas de Hemlholtz e anti-Helmholtz, para gerar campos magnéticos l 1' t I utilizados para o funcionamento do sensor atômico 100.

Modalidades do sensor atômico 100 podem também incluir um oscilador local, uma antena e um fotodetector. Em modalidades onde o sensor atômico 100 é um ! relógio atômico de micro-ondas, um oscilador de cristal dè micro- i ondas pode ser utilizado para gerar um sinal de micro-ondas na transição atômica do relógio de metal alcalino. jA antena ou estrutura similar (por exemplo, um guia de ondas) é usada para fornecer o sinal de micro-ondas do oscilador local para efetuar a espectroscopia nos átomos de metal alcalino do empacotamento físico 110. Foto detectores são } utilizados para detectar a fluorescência do átomo !de metal alcalino após a espectroscopia. Esse sinal de f espectroscopia pode ser usado para fornecer estabilidade de frequência a longo prazo para o oscilador de cristal de micro-ondas.

As figuras 2A e 2B ilustram um exemplo do empacotamento físico 110 do equipamento sensor atômico 100. A Figura 2A é uma vista em perspectiva e a Figura:2B é uma í vista explodida. Como mostrado, o empacotamento físico 110 i compreende uma armação 202, uma pluralidade de painéis 204, } j e uma ou mais estruturas de evacuação da câmara 206. A 1;

Figura 3 é uma vista em perspectiva de um exemplo de armação 202. A armação 202 compreende uma estrutura rígida í que inclui uma pluralidade de elementos delgados de suporte \ 208 que se prolongam entre si numa estruturai de três t 1 dimensões. A armação 202 circunda a câmara de vácuo e fornece a estrutura para manter o exterior físico da câmara de vácuo (por exemplo, os painéis 204) no lugar para formar a câmara de vácuo. Os elementos de suporte 208 são delgados pelo fato de que eles têm uma largura que é menor relativamente aos seus comprimentos. Por exemplo, os elementos delgados de suporte 208 podem ter uma largura que é pelo menos a metade do seu comprimento. A pluralidade de elementos delgados de suporte 208 pode se estender mutuamente tal que a pluralidade dos elementos delgados de suporte 208 fique unida para formar uma única estrutura tridimensional. A armação 202 define uma pluralidade de aberturas em torno do seu exterior. Os elementos delgados de suporte 208 se estendem ao longo dos limites entre aberturas adjacentes. Assim, os elementos delgados de suporte 208 definem pelo menos parcialmente parte ou a totalidade das aberturas definidas na armação 202. A armação 202 fornece um arcabouço estrutural para a pluralidade de painéis 204. Isto é, a armação 202 atua como a estrutura à qual os demais componentes (por' exemplo, os painéis 204) são anexados e define a relação física entre os componentes quando unidos. A pluralidade de painéis 204 se liga à armação 202 para confinar e definir a câmara de vácuo. Como tal, a pluralidade de painéis 204 se une para cobrir parte ou a totalidade das aberturas 202 no exterior da armação 202 de modo a formar uma carcaça física em torno da câmara de vácuo. A armação 202 inclui uma pluralidade de superfícies de montagem 302 às quais os painéis 204 são ligados. As Figuras 2A, 2B e 3 ilustram um exemplo onde as superfícies de montagem 302 ficam numa parte exterior da armação 202 de tal modo que a armação 202 atua como um esqueleto com os painéis 204 ligados na parte exterior da armação 202. Num exemplo alternativo, as superfícies de montagem estão num interior da armação 202 de tal modo que a armação 2 02 atua um exoesqueleto com os painéis 204 anexados no seu interior.

Em um exemplo, a armação 202 é uma estrutura monolítica. Isto é, todos os elementos delgados de suporte 206 são formados em conjunto como uma estrutura integral única. Algumas implementações da formação da estrutura monolítica da armação 202 também podem incluir a formação de demais elementos juntamente com os elementos delgados de suporte 2 06, tais como a estrutura de evacuação da câmara 206. Em tais implementações, os elementos de suporte 206 e os demais elementos (por exemplo, a estrutura de evacuação da câmara 206) são formados em conjunto como uma estrutura integral única. Em outras implementações da estrutura monolítica, os elementos delgados de suporte 206 da armação 202 são formados como uma estrutura integral única (que compreende a estrutura monolítica) separada dos demais elementos tais como uma chapa e/ou a estrutura de evacuação da câmara 206. Nessas outras implementações, os demais elementos (por exemplo, a estrutura de evacuação da câmara 206) estão ligados ã estrutura monolítica e formando a tal. Ainda noutros exemplos, a armação 202 ê formada de múltiplas peças (por exemplo, várias estruturas delgadas de suporte), que estão mutuamente conectadas de modo a formar a armação 202. Em um exemplo, a armação 202 é composta de metal e, em particular, é composta de um metal não magnético, tal como o titânio.

No exemplo mostrado nas Figuras 2A, 2B e 3, o empacotamento físico 110 e a armação 202 tem uma geometria que inclui uma pluralidade de faces planas orientadas em ângulos diferentes ao redor de seu exterior. As faces planas são formadas pelos painéis 204 ligados à armação 202. As formas externas e internas do empacotamento físico 110 são definidas pela armação 202 e pelos painéis 204 aí ligados. A armação 202 define a forma básica do empacotamento físico 110 e os painéis 204 ligados à armação 202 completam as superfícies da forma. As superfícies interiores dos painéis 204 e a armação 202 definem a forma da câmara de vácuo. No exemplo mostrado nas Figuras 2A, 2B e 3, as placas 204 são estruturas geralmente planas, que têm as superfícies internas e externas planas, e a armação 2 02 inclui correspondentemente superfícies de . montagem planas e alinhadas 302 para a fixação dos painéis 204 . Em outros exemplos, um ou mais dos painéis 204 pode ter outras geometrias (por exemplo, côncavas ou convexas), e a superfície de montagem 302 na armação 202 pode corresponder à geometria dos painéis 204 . No exemplo mostrado nas Figuras 2A, 2B e 3, cada painel 204 forma substancialmente a totalidade de sua correspondente face no empacotamento físico 110. Como tal, cada painel 204 está ligado à sua respectiva superfície de montagem 302 na armação 202 nas bordas do painel 204. Os elementos delgados de suporte 208 são dispostos nas extremidades de cada painel 204, e nos cantos na geometria do empacotamento físico 110. Isto é, a armação 202, e em particular, os elementos delgados de suporte 208, definem a geometria do empacotamento físico 110, definindo os cantos da geometria multifacetada e mediante proporcionar superfícies de montagem 302 tal que os painéis 204 possam ser aí fixados em suas bordas de modo a formar as faces da geometria multifacetada. Os painéis adjacentes 204 estão orientados num ângulo, um relativamente ao outro, e formam faces adjacentes do empacotamento físico 110. A pluralidade de painéis 204 pode incluir painéis opticamente transmissivos e painéis opticamente refletivos. Os painéis transmissivos são configurados para transmitir a luz (por exemplo, a partir de laser (s) 170 ou a um detector) para dentro e/ou fora da câmara de vácuo. Os painéis refletivos são configurados para refletir um feixe de luz que se propaga na câmara de vácuo. O posicionamento e a orientação dos painéis 204 se configuram para proporcionar as desejadas trajetórias de luz no interior da câmara de vácuo.

Por exemplo, a colocação e orientação dos painéis 204 podem ser configuradas para fornecer três trajetórias de luz que atravessam por dentro da câmara de vácuo do empacotamento fisico 110 em ângulos de aproximadamente noventa (90) graus um relativamente ao outro. Assim, os três trajetórias de luz formam três caminhos que são mutuamente normais e se cruzam no interior do empacotamento físico 110. Os feixes de luz usados para resfriar os átomos podem ser propagados para além desses três trajetórias de luz. Em outros exemplos, as trajetórias de luz usadas para resfriar os átomos ou outras trajetórias de luz podem estar em ângulos outros que de aproximadamente noventa (90) graus e podem interceptar o mesmo volume (e, por conseguinte, a nuvem de átomos) dentro do empacotamento físico 110. Alguns dos outras trajetórias de luz podem ser utilizados para a interrogação dos átomos.

Em um exemplo, a colocação e orientação dos painéis 204 podem ser configuradas para fornecer as desejadas trajetórias de luz e/ou a desejada flexibilidade nas opções das trajetórias de luz. Por exemplo, um primeiro painel transmissivo pode ser configurado para transmitir o feixe de luz de entrada proveniente de um laser 170. Vários painéis refletores podem ser então posicionados e orientados para refletir o feixe de luz de entrada em torno do interior da câmara de vácuo tal que o feixe de luz de entrada se propaga ao longo dos desejados trajetórias de luz (por exemplo, três trajetórias de luz que se interceptam em aproximadamente a 90 graus no interior da câmara de vácuo). Numa implementação de tal exemplo, o único feixe de luz de entrada é refletido para se propagar ao longo das três trajetórias de luz e, após propagar ao longo das três trajetórias de luz, é retro-ref letido de volta ao longo dos três trajetórias de luz para deixar a câmara de vácuo por meio de transmissão através do primeiro painel transraissivo. Em outros exemplos, mais que um feixe de luz pode ser utilizado e outras trajetórias de luz podem ser utilizadas desde que não se cruzem a 90 graus. Um ou mais painéis transmissivos podem ser também posicionados tal que a luz de fluorescência proveniente dos átomos que estão sendo interrogados possa propagar a partir dos átomos e transmitir através de um ou mais painéis transmissivos para ser detectada por um detector fora do empacotamento físico 110. Como descrito acima, tal empacotamento físico 110 pode acomodar múltiplos trajetórias de luz o que é vantajoso para sua flexibilidade com respeito a uma multiplicidade de operações de sensores.

Num exemplo, os painéis 2 04 são compostos de um material opticamente transparente e os painéis refletivos têm um revestimento refletivo sobre o material opticamente transparente. Em um exemplo, o material opticamente transparente é um vidro, tal como um vidro cerâmico (por exemplo, Zerodur®) ou um vidro óptico (por exemplo, BK-7), ou de outro material transparente, tal como safira. Em geral, um painel 204 deve ter as seguintes propriedades: ser hermético ao vácuo, não permeável ao hidrogênio ou hélio, não reativo com o material a ser introduzido na câmara de vácuo, e, para os painéis transmissores, ser de baixa perda nos comprimentos de onda de interesse. Outras propriedades incluem uma baixa permeabilidade .a gases inertes, como o argônio, e compatibilidade com colagem de frita. Em alguns exemplos, um painel 204 pode ser composto de um material permeável (ou material não permeável) que é reforçada com um revestimento não permeável que, por exemplo, não altera as propriedades ópticas do painel 204. Em alguns exemplos parte ou a totalidade dos painéis 204 que não são usados como painéis transmissivos (por exemplo, painéis refletivos) são compostos de um material não opticamente transparente tal como MACOR®. Em alguns exemplos, os painéis refletivos podem ser compostos de um material que seja opticamente refletivo ou tenha por sobre ele um revestimento opticamente refletivo. Em exemplos que usam um revestimento refletivo, o revestimento -refletivo pode incluir um revestimento metálico simples ou multicamadas ou m revestimento de empilhamento dielétrico. As superfícies refletivas dos painéis refletivos podem ser planas ou curvas para ligeiramente focar um feixe de luz conforme necessário. Os painéis 204 podem ser fixados à armação 202 usando uma selagem por frita, brasagem ou outro mecanismo adequado de fixação. Alguns exemplos do empacotamento físico 110 pode incluir um :material absorvente dentro da câmara de vácuo selada para limitar as pressões parciais de alguns gases (por :exemplo, hidrogênio). Por exemplo, um filme absorvente pode ser aplicado através de pulverização catõdica ou sinterização, a uma superfície interna dos painéis 204 que não sêja usada como uma superfície refletiva ou transmissiva antes da montagem. Tal absorvente pode ser ativado depois da montagem, usando material apropriado na temperatura de ativação, por aquecimento laser a partir do exterior do empacotamento físico 110. Revestimentos individuais sejam de filmes absorventes, refletivos, prevenção da permeação e/ou outros, podem ser aplicados aos painéis individuais 204. Em alguns exemplos, outros materiais ópticos podem ser inclusos no empacotamento físico 110 (por exemplo,r na parte interna ou externa de um painel 204), tal como uma placa de quarto de onda ou uma polarização óptica.

Como mencionado acima, o empacotamento físico 110 pode incluir uma ou mais estruturas de evacuação da câmara i 206. Uma estrutura de evacuação da câmara 206 é uma estrutura em forma tubular que proporciona uma' abertura para a câmara de vácuo. Tal estrutura de evacuação da câmara 206 pode ser usada para realizar a evacuação inicial da câmara de vácuo para condições de vácuo ultraelevado. Dependendo dos requisitos do sensor, uma pressão de vácuo da ordem de cerca de 10 a -7 a 10 a -8 torr é aceitável. Após evacuação da câmara de vácuo, a estrutura de evacuação da câmara 2 06 pode ser fechada para vedar a câmara de vácuo. Em um exemplo, a estrutura de evacuação da câmara 206 pode ser fechada mediante aperto da estrutura de evacuação da câmara 206. Em um exemplo, a estrutura de evacuação da câmara 206 é uma parte integrante da armação 202 e formada (por exemplo, por usinagem) durante a formação da armação 202. Em outros exemplos, a câmara de evacuação de estrutura 206 é formada separadamente da armação 202 e fixada à armação 202 através de uma selagem por frita, brasagem ou outro mecanismo de fixação. Numa implementação de um exemplo, a estrutura de evacuação da câmara 206 pode incluir um flange de fixação à armação 202. Similar aos painéis 204, o flange da estrutura de evacuação da câmara 2 06 pode ser geralmente plano e pode ter uma forma que corresponda a uma face plana da armação 2 02 quando a ela ligado. Tal flange é ilustrado na Figura 3 e pode ser anexado às superfícies de montagem 302; em um ou mais elementos delgados de suporte 208.

Em alguns exemplos, um reservatório de amostra pode ser anexado ao empacotamento físico ao longó de uma abertura 110, tal como uma abertura definida em uma chapa da armação 202. A amostra contida pode segurar uma amostra alcalina usada para liberar átomos ao interior da câmara de vácuo para interrogação no empacotamento físico 110. A estrutura de evacuação da câmara 206 e o reservatório de amostra podem também servir como eletrodos para formar um plasma para a limpeza por descarga do empacotamento físico 110 e para melhorar o bombeio e aquecer para melhorar o vácuo.

Em alguns exemplos, os elementos de suporte 208 são feitos de elementos que definem um canto interior para a colocação de um painel 204 no seu interior. Um painel 204 pode ser colocado no canto de tal modo que fique adjacente com os elementos que definem o canto. Em um exemplo, o canto é definido por um elemento lateral, que se estende ao longo do elemento de suporte 208 e está disposto adjacente a um painel 204 (quando em anexo) e entre os bordos dos painéis adjacentes 204. O canto também é definido por um elemento de montagem que se estende a partir do' elemento lateral, para formar o canto entre os mesmos. Em um exemplo, o elemento de montagem estende-se num ângulo de aproximadamente 90 graus a partir do elemento lateral, para formar um canto de ângulo relativamente reto. O elemento de montagem se estende desde o elemento lateral, no sentido da abertura correspondente que é definida pelo menos parcialmente pelo elemento de montagem. No exemplo mostrado na Figura 3, as superfícies de montagem nos elementos de suporte 208 são superfícies sobre os elementos de montagem.

Em particular, a superfície de montagem 302 são as superfícies dos elementos de montagem que formam o canto com o elemento lateral. Como tal, um painel 204 pode ser ligado à superfície de montagem 302, no canto formado pelo elemento lateral e o elemento de montagem. Em outros exemplos, os elementos de suporte 208 podem ter outras geometrias, como, por exemplo, retangulares. Além disso, em alguns exemplos, a superfície de montagem 302 pode ser uma superfície que não faz parte de um canto interior. Uma implementação de tal exemplo é mostrado na Figura 3. A Figura 4 é um fluxograma de um método representativo 400 de formação de um empacotamento físico 110 para um equipamento sensor atômico 100. Para formar o empacotamento físico 110, a armação 202 é formada (bloco 4 02) . A formação da armação 2 02 inclui formar os elementos delgados de suporte 208, e em exemplos onde outras estruturas são integrais com a armação 202 inclui a formação de tais outras estruturas (por exemplo, a estrutura de evacuação da câmara 206). Em exemplos em que a armação 202 é uma estrutura monolítica, os elementos delgados de suporte 206 juntamente com quaisquer outros elementos que sejam parte da estrutura monolítica podem ser formados por fundição ou por impressão 3D de uma estrutura integral única, ou pode ser formada por usinagem de um bloco monolítico na geometria desejada compreendendo os elementos delgados de apoio 206 e quaisquer demais elementos que constituam uma parte da estrutura monolítica. Em exemplos em que a armação 2 02 é formada mediante conectar em conjunto múltiplas peças, cada peça compreendendo partes de um ou mais dos elementos delgados de suporte 206, cada peça pode ser formada por fundição, usinagem, ou outro processo e, uma vez formadas, podem ser unidas por soldagem, selagem por frita, brasagem era vácuo, ou através de outros mecanismos. Qualquer processo para formar os elementos delgados de suporte 206 pode incluir a formação das superfícies de montagem, tal como mediante formar os elementos laterais e os elementos de montagem.

Uma vez a armação 2 02 seja formada, a pluralidade de painéis 204 é anexada à armação 202 (bloco 404) . Num exemplo, os painéis 204 podem ser formados possuindo uma forma que encaixe com a face planar definida pela armação 2 02 à qual o painel particular 2 04 deve ser anexado. Os painéis 204 podem ser anexados à armação 202 utilizando qualquer processo adequado, tal como por selagem por frita ou brasagem em vácuo. Em algumas implementações de exemplos nos quais os painéis 204 estão no interior da armação 202 e a armação 202 é formada por múltiplas peças, as placas 204 podem ser ligados às peças (por exemplo, metades) da armação 202 antes de as peças serem ligadas entre si. Depois de montar os painéis 204 ao interior das peças, as peças podem ser conectadas em conjunto como discutido acima para formar a armação 202. Em alguns exemplos, uma película fina promotora da adesão pode ser colocada sobre os painéis 204 e/ou armação 202.

Os painéis 204 são anexados à armação 202 de uma maneira que alcança uma vedação em vácuo entre as placas 204 e 202 da armação. Os painéis 204, pela anexação dos painéis 204 para montar as superfícies da armação 202 cobrem as aberturas na armação 204 e formam a câmara de vácuo. Painéis apropriados 204 (por exemplo,; painéis opticamente transraissivos ou painéis opticamente refletivos) podem ser colocados nas posições apropriadas na armação 202 para conseguir as desejadas trajetórias de luz na câmara de vácuo. Em alguns exemplos, osi painéis opticamente refletivos podem ser revestidos com ura revestimento refletivo (por exemplo, no lado para ficar no interior) antes de serem anexados à armação 202. ; A estrutura de evacuação da câmara 206 pode também ser formada. Nos exemplos em que a estrutura de evacuação da câmara 206 é parte de uma estrutura monolítica, incluindo os elementos delgados de suporte 208, a estrutura de evacuação da câmara 206 pode ser formada por usinagem ou fundição no mesmo processo que forma os elementos! delgados de suporte 206. Nos exemplos, em que a câmara de evacuação de estrutura 206 é formada separadamente da armação 202 incluindo os elementos delgados suporte 206, aj separada estrutura de evacuação da câmara 206 pode ser formada por i· moldagem, usinagem, ou por outro processo apropriado, e ser anexada à armação 202, através de uma abertura; em seu interior, usando uma selagem por frita, solda óu outro processo adequado. A estrutura de evacuação da câmara 206 é ligada à armação 202 de uma maneira que alcança umal vedação de vácuo entre a estrutura de evacuação da câmara e a armação 202. A formação da separada estrutura de evacuação da câmara 206 pode incluir a formação da porção 'em forma tubular da estrutura de evacuação da câmara 206 e um flange a ser anexado à armação 202. Numa implementação de tal exemplo, o flange pode ser formado para ter uma -forma de face plana de encaixe definida pela armação 2 02 [a qual a flange é deve ser anexada. Outros elementos podem ser t também anexados à armação, tal como um reservatório de amostra, como discutido acima.

Modalidades Representativas O Exemplo 1 inclui um empacotamento físico de um sensor atômico empacotamento físico, o empacotamento físico compreendendo: uma armação composta por metal e que inclui uma pluralidade de elementos delgados de suportje que se estendem mutuamente entre si numa estrutura tridimensional, os elementos de suporte definindo limites entre [aberturas adjacentes definidas na armação, a pluralidade de jelementos de suporte, incluindo uma pluralidade de superfícies de montagem adjacentes às aberturas, uma pluralidade de painéis ligados às superfícies, de montagem da armação, a f. pluralidade de painéis cobrindo as aberturas tal que a armação e a pluralidade de painéis definem uma câmara de vácuo e proporcionam trajetórias de luz para interseção com uma nuvem de átomos dentro da câmara de vácuo; e uma estrutura de evacuação da câmara para evacuar a câmara de vácuo. O Exemplo 2 inclui o empacotamento físico do Exemplo 1, em que cada um da pluralidade de elementos de suporte inclui: um elemento lateral disposto entre painéis adjacentes da pluralidade de painéis; e um elemento de montagem que se estende desde o elemento lateral no sentido a uma abertura correspondente formada pelo respectivo elemento de suporte, onde as superfícies de montagem são superfícies sobre os elementos de montagem; onde o elemento lateral e o elemento de montagem definem um canto ao qual um correspondente painel da pluralidade de painéis apoia. O Exemplo 3 inclui o empacotamento físico de acordo com qualquer dos Exemplos 1 ou 2, em que a pluralidade de superfícies de fixação estão em um de um interior ou um extremidade do um ou mais dos elementos de montagem. O Exemplo 4 inclui o empacotamento físico de acordo com qualquer um dos Exemplos 1 a 3, em que a pluralidade de painéis inclui um ou mais painéis opticaraente transparentes e um ou mais painéis opticamente refletivos. O Exemplo 5 inclui o empacotamento físico do Exemplo 4, em que a pluralidade de painéis está orientada dé tal modo que um feixe de luz que entra na câmara de vácuo através de um primeiro painel optícamente transparente é refletido em ângulos diferentes relativamente ao um ou mais painéis refletivos de modo a formar três trajetórias de luz que se cruzam mutuamente dentro da câmara de vácuo num ângulo de 9 0 graus entre elas . O Exemplo 6 inclui o empacotamento físico de acordo com qualquer um dos Exemplos 1 a 5, em que a pluralidade de painéis é composta de vidro, vidro cerâmico, vidro óptico, ou de safira. O Exemplo 7 inclui o empacotamento físico de acordo com qualquer um dos Exemplos 1 a 6, em que a estrutura de evacuação da câmara está ligada a ou é parte integrante da estrutura; o empacotamento físico adicionalmente compreendendo: um reservatório de amostra ligado a uma abertura definida pela estrutura. O Exemplo 8 inclui o empacotamento físico de acordo com qualquer um dos Exemplos 1 a 7, em que a pluralidade de painéis está ligada a uma pluralidade de superfícies de montagem com uma selagem por frita ou por brasagem em vácuo. O Exemplo 9 inclui um método de formação de um empacotamento físico, o método compreendendo: formar uma armação composta de metal incluindo uma pluralidade de elementos delgados de suporte que se estendem entre si numa estrutura tridimensional, os elementos de suporte definindo limites entre aberturas adjacentes definidas na armação, a pluralidade de elementos de suporte incluirido uma pluralidade de superfícies de montagem adjacentes às aberturas; anexar uma pluralidade de painéis às superfícies de montagem da armação, a pluralidade de painéis Ícobrindo as aberturas tal que a armação e a pluralidade de| painéis ? definem uma câmara de vácuo e proporcionam trajetórias de luz para interseção com uma nuvem de átomos dêntro da câmara de vácuo; e formar uma estrutura de evacuação da câmara para evacuar a câmara de vácuo. O Exemplo 10 inclui o método de acordo com o Exemplo 9, em que a formação de uma estrutura tinclui a formação de cada um da pluralidade de elementos delgados de t suporte através de: formar um elemento lateral configurado para ser disposto entre painéis adjacentes da pluralidade de painéis; e formar um elemento de montagem se eStendendo • | desde o elemento lateral no sentido de uma correspondente abertura definida pelo elemento suporte, em í que as superfícies de montagem são superfícies sobre o respectivo elemento de montagem. O Exemplo 11 inclui o método do Exemplo ijo, em que j a fixação da pluralidade de painéis inclui fixar cada painel a uma superfície interior ou uma superfície exterior do um ou mais dos correspondentes um ou mais elementos de \ montagem. O Exemplo 12 inclui o método de acordo com qualquer I t l· dos Exemplos 9 a 11, em que a formação de uma armação inclui um dos seguintes: usinar um bloco monolítico de um metal na armação; ou usinar múltiplos blocos de metal em múltiplas porções da armação e fixar juntas as múltiplas porções da armação. O Exemplo 13 inclui o método de acordo com qualquer dos Exemplos 9 a 12, em que a formação de uma estrutura de evacuação de vácuo inclui: usinar uma porção do metal, integral com a armação para formar estrutura de evacuação da câmara. O Exemplo 14 inclui o método de acordo com qualquer dos Exemplos 9a 13, que compreende: fixar uma estrutura de evacuação da câmara à armação. O Exemplo 15 inclui o método de acordo com qualquer dos Exemplos 9 a 14, que compreende: anexar um reservatório de amostra à uma abertura formada na armação. O Exemplo 16 inclui o método de acordo com qualquer dos Exemplos 9 a 15, em que a pluralidade de painéis inclui um ou mais painéis opticamente transparente e um ou mais painéis refletivos, e o método inclui a colocação de um revestimento refletivo sobre um ou mais painéis refletivos antes de anexar o um ou mais painéis refletivos às superfícies de montagem. O Exemplo 17 -inclui o método do Exemplo 16, em que a pluralidade de painéis está orientada de tal modo que um feixe de luz que entra na câmara de vácuo através de um V primeiro painel opticamente transparente é refletido com ângulos diferentes do um ou mais painéis refletivosj de modo a formar três câinhos de luz que mutuamente sé cruzam i dentro da câmara de vácuo a 9 0 graus. ' O Exemplo 18 inclui o método de acordo com qualquer i dos Exemplos 9 a 17 em que pluralidade de painéis se compõe de vidro, vidro cerâmico, vidro óptico, ou de safira. O Exemplo 19 inclui um empacotamento físiéo de um sensor atômico, o empacotamento físico incluindo: uma armação composta por metal e que inclui uma pluralidade de elementos delgados de suporte que se estendem entre si numa estrutura tridimensional, os elementos de suporte Clefinindo limites entre aberturas adjacentes definidas na armação, a pluralidade de elementos de suporte incluindo uma pluralidade de superfícies de montagem adjacéntes às i aberturas; uma primeira pluralidade de painéis de[ material opticamente transparente acoplado a um primeiro subconjunto das superfícies de montagem da armação para éobrir um primeiro subconjunto das aberturas, em que aj primeira pluralidade de painéis se compõe de vidro, vidro cerâmico, vidro óptico, ou de safira; uma segunda pluralidade de painéis que são opticamente refletivos fixados a um segundo subconjunto das superfícies de montagem para jcobrir um segundo subconjunto das aberturas, em que ã segunda pluralidade de painéis se compõe de vidro, vidroj cerâmico, vidro óptico, ou de safira possuindo um revestimento j | f ; refletivo; em que a primeira pluralidade de painéis, a segunda pluralidade de painéis, e a armação definem uma câmara de vácuo e fornecem trajetórias de luz para interseção com uma nuvem de átomos dentro da câmara de vácuo, em que as aberturas cobertas pela primeira pluralidade de painéis e a segunda 'pluralidade de; painéis' são orientadas tal que um feixe de luz que adentra à câmara de vácuo através de um primeiró painel de material opticamente transparente é refletido} em ângulos diferentes daqueles do um ou mais painéis que são opticamente ref letivos de modo a formar os trajetórias de luz; e uma estrutura de evacuação da câmara formada numa porção de metal integral com a armação. ? Exemplo 20 inclui o empacotamento físico de acordo com o Exemplo 19, em que cada um da pluralidade de elementos de suporte inclui: um elemento lateral disposto entre painéis adjacentes; e elementos de montagem se estendendo desde o elemento lateral no sentido a uma correspondente abertura formada pelo jrespectivo elemento de suporte, em que as superfícies de montagem são superfícies sobre os elementos de montagem; em que o elemento lateral e o elemento de montagem definem ujm canto ao qual um correspondente painel apoia.

I

Claims (10)

1. EMPACOTAMENTO FÍSICO DE UM SENSOR ATÔMICO, o empacotamento físico (110) caracterizado por compreender: uma armação (202), compostá de metal e incluindo uma pluralidade de elementos delgados de suporte (208) que se estendem entre si numa estrutura tridimensional, os elementos de suporte (208) definindo limites entre aberturas adjacentes definidas na armação (202), a pluralidade dos elementos de suportje (208) incluindo uma pluralidade de superfícies de montagjem (302) adjacentes às aberturas; I uma pluralidade de painéis (204) ligados às superfícies de montagem (302) da armação (202), a pluralidade de painéis (204) cobrindo as aberturas tal que a armação (202) e a pluralidade de ! painéis (204) definem uma câmara de vácuo e proporcionam tirajetórias de luz para a interseção com uma nuvem de átomos dentro da câmara de vácuo; uma estrutura de evacuaçãi da câmara (206) para evacuar a câmara de vácuo; e um reservatório de amostra! anexado a uma abertura i definida pela armação (202) .

2. Empacotamento físico (Í10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada um da pluralidade de elementos de suporte (206) incluir: um elemento lateral disposto entre painéis adjacentes (204) da pluralidade de painéis (204); e um elemento de montagem sje estendendo desde o elemento lateral no sentido a uma correspondente abertura formada pelo respectivo elemento supjorte (208) , em que as superfícies de montagem (302) são suderfícies nos elementos de montagem (208) ; em que o elemento transversal e o elemento de montagem definem um canto ao qual uml correspondente painel (204) da pluralidade de painéis (204)1 apoia; e onde a pluralidade de sujperfícies de montagem (302) estão em um de um interior ou làm extremidade do um ou mais dos elementos de montagem.

3. Empacotamento físico (|ll0) , de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ouj2, caracterizado por a pluralidade de painéis (204) incluir um ou mais painéis opticaraente transparentes e um ou mais painéis opticamente refletivos.

4. Empacotamento físico ^110), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por a pluralidade de painéis (204) ser cdmposta de vidro, vidro cerâmico, vidro óptico, ou de safira

5. Empacotamento físico 1(110), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por a pluralidade de painéis (204) ser ligada a uma pluralidade de superfícies de montagem (302) cojm uma selagem por frita ou por brasagem em vácuo. í

6. MÉTODO DE FORMAÇÃO DE UM EMPACOTAMENTO FÍSICO, o método caracterizado por compreender: formar (402) uma armação composta de metal e incluindo uma pluralidade de elementós delgados de suporte que se estendem entre si numa estrutüra tridimensional, os elementos de suporte definindo limites entre aberturas adjacentes definidas da armação, a píuralidade de elementos de suporte incluindo uma pluralidade de superfícies de montagem adjacentes às aberturas; fixar (404) uma pluralidade de painéis às superfícies de montagem da armação, a pluralidade de painéis cobrindo as aberturas tai| que a armação e a pluralidade de painéis definem uma câmara de vácuo e ? proporcionam trajetórias de luz paira interseção com uma nuvem de átomos dentro da câmara de tácuo; e formar (406) uma estrutura de evacuação da câmara para evacuar a câmara de vácuo.

7. Método (400) de acordo çom a reivindicação 6, caracterizado por formar (402) uma jarmação incluir formar . i j cada um da pluralidade de elementos- estreitos de suportes mediante formar um elemento lateral configurado para ser disposto entre painéis adjacenteís da pluralidade de painéis; e formar um elemento de montagem se estendendo desde o elemento lateral no sentido de uma correspondente | abertura definida pelo elemento dé suporte, em que as superfícies de montagem são supeifícies no respectivo elemento de montagem; Em que a fixação da pluralidade de painéis inclui fixar cada painel a uma superfíjcie interior ou uma superfície extremidade do correspondente um ou mais elementos de montagem, I

8. Método (4 00) de acordo , com qualquer uma das reivindicações 6 ou 7, caracterizado por formar (402) uma armação incluir um de: usinar um bloco monolítico de metal na armação; ou usinar múltiplos blocos de metal em múltiplas porções da armação e fixar juntas ais múltiplas porções da armação.

9. Método (400) de acordo; com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, caracterizado ipor compreender: anexar uma estrutura de jevacuação da câmara à armação; anexar um reservatório de|amostra à uma abertura formada na armação.

10. Método (400) de acordo| com qualquer uma das reivindicações 6 a 9, caracterizado por a pluralidade de painéis incluir um ou mais painéis opticamente transparentes e um ou mais painéis jrefletivos, e o método incluir a colocação de um revestimento refletivo em um ou mais painéis refletivos antes de fixâr o um ou mais painéis refletivos às superfícies de montagerii.