CN101598772A - 微型原子蒸汽泡制作方法 - Google Patents

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本发明涉及原子蒸汽泡，具体是一种微型原子蒸汽泡制作方法。解决了现有制作微型原子蒸汽泡的方法对工艺、设备要求高，而导致制作成本过高的问题，步骤如下：选取有两平行端面、侧壁开有小直径通孔的微型玻璃腔；置于侧壁上设有锡化锌玻璃窗口的密闭玻璃器皿内，放在悬置于密闭玻璃器皿内的玻璃棒的正下方，通孔正对玻璃棒，对密闭玻璃器皿抽真空，充入惰性气体、碱性金属蒸气；加热密闭玻璃器皿，用激光器经锡化锌玻璃窗口对玻璃棒端部大功率激光照射，玻璃棒溶化为玻璃小液珠，滴落在通孔处，密封通孔；取出；打磨微型玻璃腔平行端面，镀设增透膜。工艺简单、合理，应用装置简单，制作成本低廉，适用于制作微型体积的原子蒸汽泡，意义重大。

Description

微型原子蒸汽泡制作方法
技术领域
本发明涉及原子蒸汽泡，具体是一种基于非硅工艺的微型原子蒸汽泡制作方法。
背景技术
原子蒸汽泡是微型磁力计、微型原子钟、微型核磁共振陀螺等微型原子光学器件的核心元件。目前，较常采用的原子蒸汽泡制作方法有以下几种：1、吹玻璃法，采用侧壁带有通气管的玻璃管，将两光学玻璃片通过熔融法或化学键合法与玻璃管两个端面连接固定，通过玻璃管侧壁的通气管抽空玻璃管内的空气，然后通过玻璃管侧壁的通气管向玻璃管内充入所需的惰性气体和碱性金属蒸汽，最后将通气管熔融密封，即得到原子蒸汽泡；以该法制作原子蒸汽泡的成本比较高，难于大规模生产，而且在以该法制作横截面小于1cm尺寸的原子蒸汽泡比较困难。
2、熔融空心光纤法，由NIST于2003年为实现原子蒸汽泡体积微型化而提出，该法利用了激光加热、焊接的方法，即将一段空心光纤的两端用激光焊封，在空心光纤的侧壁开设通孔，并将细进气管与空心光纤的侧壁通孔通过激光焊接的方法固定连接，通过进气管抽空空心光纤内的空气，然后通过进气管向空心光纤内充入所需的惰性气体和碱性金属蒸汽，最后将进气管熔融密封，即得到原子蒸汽泡；但是在实现进气管与空心光纤壁孔的焊接时，工艺要求比较高，不易实现。
3、利用MEMS工艺来制作原子蒸汽泡，在抛光的硅片上刻蚀出一与硅片顶面、底面垂直的通孔，将硅片的底面与一玻璃片进行阳极键合后，放入充有所需惰性气体和碱性金属蒸汽的密封容器中，再将另一玻璃片盖到硅片顶面，进行第二次阳极键合，即得到原子蒸汽泡。该法可以实现原子蒸汽泡的微型化，便于大规模生产，但是要求配备专用键合设备，制作成本很高。
发明内容
本发明为了解决现有制作微型原子蒸汽泡的方法对工艺、设备要求高，导致制作成本过高的问题，提供了一种实现简单、底成本的微型原子蒸汽泡制作方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：微型原子蒸汽泡制作方法，制作步骤如下：
1、选取具有两平行端面的微型玻璃腔，并在微型玻璃腔的腔体侧壁开设一个直径为0.8-1mm的通孔；其中，微型玻璃腔的大小根据具体需要选择；所述微型玻璃腔对于玻璃制造领域的技术人员来说能够批量实现；
2、选取侧壁上设有锡化锌玻璃窗口的密闭玻璃器皿，并在密闭玻璃器皿内悬置与锡化锌玻璃窗口正对的玻璃棒，在密闭玻璃器皿外设置用于加热密闭玻璃器皿的加热带；
3、将微型玻璃腔置于密闭玻璃器皿内，并放置在玻璃棒的正下方，且使微型玻璃腔上的通孔与玻璃棒正对，抽空密闭玻璃器皿内的空气，使密闭玻璃器皿内的真空度至少达到10-6托，然后同时向密闭玻璃器皿内充入惰性气体(如：氮气)和碱性金属蒸气(如：铷、铯)；其中，惰性气体、碱性金属蒸气向密闭玻璃器皿内充入时的各项参数(如：压强、密度)根据微型原子蒸汽泡具体应用器件(如：微型磁力计、微型原子钟、微型核磁共振陀螺等)的不同而不同，且针对相同应用器件不同的性能要求也会有所不同，同时，针对不同应用器件的要求、及相同应用器件的不同要求，惰性气体、碱性金属蒸气在向密闭玻璃器皿内充入时的各项参数为本技术领域的技术人员所公知；
4、通过加热带对密闭玻璃器皿加热，使密闭玻璃器皿内的温度保持在120℃-130℃；1-2小时后，采用激光器通过锡化锌玻璃窗口对密闭玻璃器皿内的玻璃棒端部进行大功率激光照射，直至激光的能量使玻璃棒端部溶化为玻璃小液珠，玻璃小液珠由玻璃棒端部滴落在微型玻璃腔的通孔处，将通孔密封；其中，对密闭玻璃器皿加热的目的是为了使密闭玻璃器皿内的惰性气体和碱性金属蒸气均匀混合，尤其加热至120℃-130℃，气体分子的活跃性极为利于惰性气体和碱性金属蒸气的混合；另外，玻璃小液珠对微型玻璃腔上通孔处的密封，主要应用了玻璃小液珠的表面张力效应，使得玻璃小液珠不会经通孔掉入玻璃腔内，而是停留在通孔处将通孔密封；
5、停止对密闭玻璃器皿的加热，待密闭玻璃器皿内的温度降至室温后，将密封好的微型玻璃腔由密闭玻璃器皿内取出；对微型玻璃腔的平行端面进行打磨，使微型玻璃腔的平行端面达到一级光洁度，然后在微型玻璃腔的平行端面上镀设能减小入射光损耗的增透膜，即得微型原子蒸汽泡成品。其中，增透膜的选择决定了入射光的透射波长，需根据微型原子蒸汽泡具体应用器件(如：微型磁力计、微型原子钟、微型核磁共振陀螺等)的不同、及相同应用器件的不同性能要求进行选择，且增透膜如何选择为本技术领域的技术人员所公知。
与现有技术相比，本发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，可实施性强，无需配备专用设备，降低了原子蒸汽泡的制作成本，以简单的装置和工艺实现了微型原子蒸汽泡的制作。本发明工艺简单、合理，应用装置简单，制作成本低廉，适用于制作微型体积的原子蒸汽泡，意义重要。
具体实施方式
微型原子蒸汽泡制作方法，制作步骤如下：
1、选取具有两平行端面的微型玻璃腔，并在微型玻璃腔的腔体侧壁开设一个直径为0.8-1mm的通孔；
2、选取侧壁上设有锡化锌玻璃窗口的密闭玻璃器皿，并在密闭玻璃器皿内悬置与锡化锌玻璃窗口正对的玻璃棒，在密闭玻璃器皿外设置用于加热密闭玻璃器皿的加热带；
3、将微型玻璃腔置于密闭玻璃器皿内，并放置在玻璃棒的正下方，且使微型玻璃腔上的通孔与玻璃棒正对，抽空密闭玻璃器皿内的空气，使密闭玻璃器皿内的真空度至少达到10-6托，然后同时向密闭玻璃器皿内充入惰性气体(如：氮气)和碱性金属蒸气(如：铷、铯)；
4、通过加热带对密闭玻璃器皿加热，使密闭玻璃器皿内的温度保持在120℃-130℃；1-2小时后，采用激光器通过锡化锌玻璃窗口对密闭玻璃器皿内的玻璃棒端部进行大功率激光照射，直至激光的能量使玻璃棒端部溶化为玻璃小液珠，玻璃小液珠由玻璃棒端部滴落在微型玻璃腔的通孔处，将通孔密封；
5、停止对密闭玻璃器皿的加热，待密闭玻璃器皿内的温度降至室温后，将密封好的微型玻璃腔由密闭玻璃器皿内取出；对微型玻璃腔的平行端面进行打磨，使微型玻璃腔的平行端面达到一级光洁度，然后在微型玻璃腔的平行端面上镀设能减小入射光损耗的增透膜，即得微型原子蒸汽泡成品。

Claims (1)

1、一种微型原子蒸汽泡制作方法，其特征在于制作步骤如下：
(1)、选取具有两平行端面的微型玻璃腔，并在微型玻璃腔的腔体侧壁开设一个直径为0.8-1mm的通孔；
(2)、选取侧壁上设有锡化锌玻璃窗口的密闭玻璃器皿，并在密闭玻璃器皿内悬置与锡化锌玻璃窗口正对的玻璃棒，在密闭玻璃器皿外设置用于加热密闭玻璃器皿的加热带；
(3)、将微型玻璃腔置于密闭玻璃器皿内，并放置在玻璃棒的正下方，且使微型玻璃腔上的通孔与玻璃棒正对，抽空密闭玻璃器皿内的空气，使密闭玻璃器皿内的真空度至少达到10-6托，然后同时向密闭玻璃器皿内充入惰性气体和碱性金属蒸气；
(4)、通过加热带对密闭玻璃器皿加热，使密闭玻璃器皿内的温度保持在120℃-130℃；1-2小时后，采用激光器通过锡化锌玻璃窗口对密闭玻璃器皿内的玻璃棒端部进行大功率激光照射，直至激光的能量使玻璃棒端部溶化为玻璃小液珠，玻璃小液珠由玻璃棒端部滴落在微型玻璃腔的通孔处，将通孔密封；
(5)、停止对密闭玻璃器皿的加热，待密闭玻璃器皿内的温度降至室温后，将密封好的微型玻璃腔由密闭玻璃器皿内取出；对微型玻璃腔的平行端面进行打磨，使微型玻璃腔的平行端面达到一级光洁度，然后在微型玻璃腔的平行端面上镀设能减小入射光损耗的增透膜，即得微型原子蒸汽泡成品。
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