CN104518245B - 加热器基板、碱金属电池单元和原子振荡器 - Google Patents

加热器基板、碱金属电池单元和原子振荡器 Download PDF

Info

Publication number
CN104518245B
CN104518245B CN201410654056.9A CN201410654056A CN104518245B CN 104518245 B CN104518245 B CN 104518245B CN 201410654056 A CN201410654056 A CN 201410654056A CN 104518245 B CN104518245 B CN 104518245B
Authority
CN
China
Prior art keywords
heater
alkali metal
wiring
substrate
metal battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201410654056.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104518245A (zh
Inventor
安达彦
安达一彦
原坂和宏
佐藤俊
佐藤俊一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Publication of CN104518245A publication Critical patent/CN104518245A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104518245B publication Critical patent/CN104518245B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/26—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using energy levels of molecules, atoms, or subatomic particles as a frequency reference
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04F—TIME-INTERVAL MEASURING
    • G04F5/00—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards
    • G04F5/14—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards using atomic clocks
    • G04F5/145—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards using atomic clocks using Coherent Population Trapping
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/22—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible
    • H05B3/26—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/002—Heaters using a particular layout for the resistive material or resistive elements
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/002—Heaters using a particular layout for the resistive material or resistive elements
    • H05B2203/007—Heaters using a particular layout for the resistive material or resistive elements using multiple electrically connected resistive elements or resistive zones
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/013—Heaters using resistive films or coatings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

一种加热器基板、碱金属电池单元和原子振荡器。一种用于加热包括碱金属的碱金属电池的加热器基板，包括：形成在围绕碱金属被封装了的碱金属封装部分的区域中的第一加热器布线；形成在围绕碱金属封装部分的区域中并且在第一加热器布线内部的第二加热器布线；以及形成在第一加热器布线外部的第三加热器布线。在第一加热器布线中流动的第一电流被分成在第二加热器布线中流动的第二电流和在第三加热器布线中流动的第三电流。第一电流的方向与第二电流的方向和第三电流的方向相反。

Description

加热器基板、碱金属电池单元和原子振荡器
技术领域
本文总体上涉及加热器基板、碱金属电池单元和原子振荡器。
背景技术
原子钟(原子振荡器)是一种极其准确的时钟。用于减小原子钟尺寸的技术正在被研究。原子钟是基于包含在碱金属等的原子中的电子跃迁能量的振荡器。特别是，已经发现：如果过程不受任何干扰，那么碱金属原子的电子跃迁能量是非常精确的。因此，与晶体振荡器相比，频率的稳定性会提升多个数量级。
已经存在几种类型的原子振荡器。在这些原子振荡器中，CPT(相干布居俘获)类型原子振荡器提供频率的稳定性，且频率的精度比现关技术中的晶体振荡器要高三个数量级。此外，人们希望CPT型原子振荡器的尺寸和能量消耗可以被减小(参见例如，Appl.Phys.Lett(应用物理快报)，第85卷，第1460－1462页(2004)以及ComprehensiveMicrosystem(综合微系统)，第3卷，第571－612页)。
如图1所示，CPT型原子振荡器包括：诸如激光器元件的光源910；碱金属被封装在其中的碱金属电池940；以及接收穿过碱金属电池940的激光的光检测器950。激光被调制，并且通过出现在具有特定波长的载波两侧的边带波长，激发具有电子的两个同时跃迁的碱金属原子中的电子。上述跃迁的跃迁能量是常数。当边带波长与对应于跃迁能量的波长一致时，减小了通过碱金属吸收光的透明现象的发生。以这种方式，CPT型原子振荡器是具有一特征的原子振荡器，其中该特征是指：在调节载波的波长以便减小碱金属吸收光时，通过光检测器950检测的信号被反馈到调制器960，并且由诸如激光器元件光源910发出的激光的调制频率被调制器960调节。同时，激光从光源910发出，并经由准直棱镜920和λ/4板930传输到碱金属电池940上。在图1中，附图标记MF表示磁场。
已公开了一种使用MEMS(微机电系统)技术在上述紧凑原子振荡器中制造碱金属电池的制造方法(美国专利No.6806784，美国专利公开文件2005/0007118，日本专利申请文件2009212416和2009-283526)。在这些公开的方法中，首先，使用光刻技术和刻蚀技术在硅(Si)基板上形成开口，然后Si基板通过阳极键合的方式而键合到玻璃板。在200到400℃的温度下执行阳极键合，施加大约250到1000v的电压到玻璃和Si基板之间的界面。之后，输入碱金属和缓冲气体，电池通过使用阳极键合将玻璃将到阳极键合到开口顶侧的部分而被密封。通过切割这种方式形成每个电池，形成碱金属电池。
如上面描述的碱金属电池还可以被称为碱金属气体电池。为了使密封的碱金属和缓冲气体保持气体形态，气体电池被加热到预定温度。例如，在原子振荡器中的碱金属表面上提供构造有诸如氧化铟锡(ITO)的透明导电膜的加热体。电流被施加至加热体以使加热体产生热。通过这种方法，具有提供在碱金属电池上的加热体的碱金属电池可被称为本申请中的碱金属电池单元。
原子振荡器通过反馈被恒定控制，以便碱金属电池中的温度保持恒定。因此，当外部温度改变时，流过加热体的电流也被改变。通过这种方法，当流过加热体的电流改变时，加热体所产生的磁场也改变。产生的磁场引起的问题在于，对应于碱金属电池中的碱金属原子的基态能级之间的能量差的频率变化，并且输出频率产生漂移。因此，在原子振荡器中，期望能尽可能的抑制加热器产生的不必要磁场。
作为消除这种由加热器所产生的不必要磁场的技术，日本公开专利申请文件2012-191138公开了一种形成具有ITO等的曲折图案的加热器的方法。此外，日本公开专利申请文件2010-71973公开了一种具有金属材料等的卷绕图案的金属材料加热器的形成方法。
在日本公开专利申请文件2012-191138和No.2010-71973公开的方法中，布线被形成在卷绕图案或曲折图案中。在临近布线中流动的电流的方向彼此相反，并产生彼此抵消的相反磁场，从而有效磁场被消弱。在日本公开专利申请文件2012-191138公开的方法中，必须使用高电阻的透明导电材料，用于形成加热器的可选材料的范围很窄。另一方面，在日本公开专利申请文件2010-71973公开的方法中，用于形成加热器的材料，可以使用具有低电阻的金属材料。
原子振荡器需要高精度，施加电流到加热器所产生的磁场越弱，则越理想。但是，在日本公开专利申请文件2010-71973描述的方法中，施加电流到加热器所产生的磁场具有下限，并不能使磁场足够弱。
发明内容
本发明的至少一个实施例旨在提供一种加热器基板、碱金属电池单元以及原子振荡器，其基本上消除了一个或多个由现有技术的限制和缺点所引起的问题。
在一个实施例中，用于加热含有碱金属的碱金属电池的加热器基板，包括：在围绕碱金属封装部分的区域中形成的第一加热器布线，其中碱金属封装部分中碱金属被封装；在围绕碱金属封装部分的区域中并且在第一加热器布线内部形成的第二加热器布线；以及在第一加热器布线外部形成的第三加热器布线。流入第一加热器布线的电流被分成流入第二加热器布线的电流和流入第三加热器布线的电流。流入第一加热器布线的电流方向与流入第二加热器布线的电流方向和第三加热器布线的电流方向相反。
在另一个实施例中，碱金属电池单元包括加热器基板和碱金属电池。用于加热含有碱金属的碱金属电池的加热器基板，包括：在围绕碱金属封装部分的区域中形成的第一加热器布线，其中碱金属封装部分中碱金属被封装；在围绕碱金属封装部分的区域中并且在第一加热器布线内部形成的第二加热器布线；以及在第一加热器布线外部形成的第三加热器布线。流入第一加热器布线的电流被分成流入第二加热器布线的电流和流入第三加热器布线的电流。流入第一加热器布线的电流方向与流入第二加热器布线的电流方向和第三加热器布线的电流方向相反。碱金属电池包括：基板，其中形成贯通第一侧和第二侧的孔；键合到基板第一侧上的第一透明基板；键合到基板第二册上的第二透明基板。在基板的孔中，碱金属被封装在由第一透明基板和第二透明基板围成的空间，以便形成碱金属封装部分。加热器基板被提供在第一透明基板上或第二透明基板上。
还是在另一个实施例中，原子振荡器包括：碱金属电池单元；光源，发射激光到碱金属电池单元中的碱金属封装部分；以及光检测单元，检测所发射到碱金属电池单元的碱金属封装部分的激光中穿过碱金属电池单元的碱金属封装部分的光。碱金属电池单元包括加热器基板和碱金属电池。用于加热含有碱金属的碱金属电池的加热器基板，包括：在围绕碱金属封装部分的区域中形成的第一加热器布线，其中碱金属封装部分中碱金属被封装；在围绕碱金属封装部分的区域中并且在第一加热器布线内部形成的第二加热器布线；以及在第一加热器布线外部形成的第三加热器布线。流入第一加热器布线的电流被分成流入第二加热器布线的电流和流入第三加热器布线的电流。流入第一加热器布线的电流方向与流入第二加热器布线的电流方向和第三加热器布线的电流方向相反。碱金属电池包括：在其中形成贯通第一侧和第二侧的孔的基板；键合到基板第一侧上的第一透明基板；键合到基板第二侧上的第二透明基板。在基板的孔中，碱金属被封装在由第一透明基板和第二透明基板围成的空间，以便形成碱金属封装部分。加热器基板被提供在第一透明基板上或第二透明基板上。
依据本发明，在提供的加热器衬底中，应用电流到加热器所产生的磁场很弱。
附图说明
通过结合附图对本发明的实施例进行如下详细描述，本发明的其它目的和进一步特征将变得显而易见，在附图中：
图1是说明依据第一实施例的原子振荡器的示例的解释性图；
图2是说明现有技术的碱金属电池单元中的加热器的示例的第一构造图；
图3是说明第一实施例的碱金属电池单元中的加热器的示例的构造图；
图4是说明现有技术的碱金属电池单元中的加热器的示例的第二构造图；
图5A和5B是说明依据第一实施例的碱金属电池单元的制造方法的示例的第一工序图；
图6A和6B是说明依据第一实施例的碱金属电池单元的制造方法的示例的第二工序图；
图7A和7B是说明依据第一实施例的碱金属电池单元的制造方法的示例的第三工序图；
图8A和8B是说明依据第一实施例的碱金属电池单元的制造方法的示例的第四工序图；
图9A和9B是说明依据第一实施例的碱金属电池单元的制造方法的示例的第五工序图；
图10A和10B是说明依据第一实施例的碱金属电池单元的制造方法的示例的第六工序图；
图11A和11B是说明依据第一实施例的碱金属电池单元的制造方法的示例的第七工序图；
图12是说明依据第一实施例的碱金属电池单元的制造方法示例的第八工序图；
图13A到13C是说明依据第一实施例的碱金属电池单元的制造方法的示例的第三工序图；
图14是说明依据第二实施例的碱金属电池单元中的加热器的示例的构造图；
图15是说明依据第三实施例的碱金属电池单元的示例的解释性图；
图16是说明依据第三实施例的碱金属电池单元中的加热器的示例的解释性图；
图17是依据第四实施例的碱金属电池单元的示例的解释性图；
图18是依据第五实施例的碱金属电池单元的示例的解释性图；
图19是说明依据第六实施例的原子振荡器的示例的解释性图。
图20是说明依据第六实施例的原子振荡器的示例的构造图；
图21是说明用于解释CPT型的原子能级示例的解释性图；
图22是说明表面发射激光器的输出波长调制示例的解释性图；以及
图23是说明在调制频率和投射光总量之间的关系示例的相关图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本发明的实施例。同时，相同的附图标记分配给相同或类似的构件，对此不再重复说明。
[第一实施例]
首先，依据公开的日本专利申请文件2010－71973中描述的方法，将说明通过施加电流到加热器所产生的磁场的减少是有限的。
具有如图2所示的构造的加热器被布置在碱金属电池单元上，其中第一加热器布线971和在第一加热器布线971内部的第二加热器布线972被形成。第一加热器布线971和第二加热器布线972围绕碱金属电池的光传输单元A形成近似的圆形，近似的圆形具有在加热器中心点P处的中心。具体地说，第一加热器布线971的芯部被布置在具有半径r1和中心在加热器中心点P处的圆形的圆周上，并且第二加热器布线972的芯部被布置在具有半径r2和中心在加热器中心点P处的圆形的圆周上。如图所示，附图标记A表示碱金属电池的光传输单元，附图标记B表示碱金属电池的光传输单元的外围。
第一电极端子981被连接到第一加热器布线971的一个端部，第二电极端子982被连接到第二加热器布线972的一个端部。第一加热器布线971的另一个端部和第二加热器布线972的另一个端部在加热器连接部件990处被连接。同时，第一加热器布线971、第二加热器布线972以及加热器连接部件990是由相同的导电材料形成的，例如，具有厚度大约为20.2μm的碳浆。此外，第一电极端子981和第二电极端子982是由具有厚度大约为28.4μm的银浆形成的。此外，第一电极端子981和第二电极端子982被连接到未示出的电源。
在下文中，假定在具有如图2所示的构造的加热器中，第一电极端子981被连接到未示出的电源的正端子，第二电极端子982被连接到电源的负端子。在这种情况下，电流从第一电极端子981以逆时针方向迂回流过第一加热器布线971，流过加热连接部分900，并流入布置在第一加热器布线971内部的第二加热器布线972。电流以顺时针方向迂回流入并经过第二加热器布线972，然后流到第二电子端子982。
这里，在与第一加热器布线971和第二加热器布线972具有相同距离的点处，在第一加热器布线971内流动的电流产生的磁场和在第二加热器布线972内流动的电流产生的磁场互相抵消。另一方面，在与第一加热器布线971和第二加热器布线972具有不同距离的情况下，在第一加热器布线971内流动的电流产生的磁场和在第二加热器布线972内流动的电流产生的磁场不能完全互相抵消。
例如，在加热器的中心点P处的磁场将被考虑。中心点P与第一加热器布线971的距离是r1，中心点P与第二加热器布线972的距离是r2，并且第一加热器布线971是在第二加热器972的外部，则rl>r2。此外，因为流过第一加热器布线971的电流I与流过第二加热器布线972的电流I是相同的，所以在加热器中线点P处，流过具有更短半径r2的第二加热器布线972的电流所产生的磁场的影响更强。也就是说，流过第二加热器布线972的电流所产生的磁场比流过第一加热器971的电流所产生的磁场更强。因此，流过第二加热器布线972的电流所产生的磁场没有被抵消的部分磁场仍然保留。这种保留的磁场会影响碱金属电池。
因此，具有其中提供了加热器构造的碱金属电池单元中，预期在加热器的中心点P处的磁场值是很小的，即接近于0。
更详细地说，具有如图2所示的构造的加热器被提供有围绕碱金属电池没有示出的光传输单元的第一加热器布线971和第二发射器布线972。通过使电流I流过第一加热器布线971和第二加热器布线972，因为电流方向是彼此相反的，所以电流所产生的磁场彼此抵消。
这里，假定在下文的解释中，围绕碱金属电池的光传输部分，第一加热器布线971和第二加热器布线972具有大约3mm的直径。同时，这里，第一加热器布线971的直径被假设为与第二加热器布线972的直径是相当的。此外，第一加热器布线971和第二加热器布线972的布线宽度是50mm，布线的厚度是2μm，并且碱金属电池所需的电功率是100mw。在这种情况下，第一加热器布线971和第二加热器布线972由ITO形成(ρ＝1.48×10-4Ω.cm)。整个加热器的电阻是279Ω。当电源电压是5V时，电源提供的功率被估计为大约90mw，这个功率不够需要的值，即100mw。
另一方面，在第一加热器布线971和第二加热器布线972是由铂(ρ＝1.02×10-5Ω.cm)形成的情况下，整个加热器的电阻是19Ω。当电源电压是5V时，估计电源提供的功率是1300mw。因此，电源可以提供比需要的值(即100mw)更大的充足电功率量。
如上面所描述，用于形成第一加热器布线971和第二加热器布线972的材料，金属材料是优选的。金属材料具有低电阻率，通过该低电阻率，电源提供能力会被增强，并且电源电压可以降低。此外，金属材料可以更轻松的工作，并且设计的自由度更高。
如在含有第一加热器布线971和第二加热器布线972的加热器中，在空气芯线圈图形的中心处的磁通密度可根据下文中的公式1来获得，这里μ0是真空中的磁导率，r是半径，I是电流。
[公式1]
B＝μ0I/2πr
如公式1所示，在具有如图2所示的构造的平面上的绕线图案中，实际上，离加热器的中线点P的距离，即半径，半径是与碱金属电池的中心的距离，对于每个绕线是不同的。也就是说，第二加热器布线972的半径r2比第一加热器布线971的半径r1更小，即，rl>r2。
因此，即使电流彼此相邻地流过第一加热器布线971和流过第二加热器布线972，这里电流方向彼此相反，在碱金属电池中心处的磁场B也不能完全是0。
同时，如在日本公开专利申请文件2012-191138中公开的，在现有技术的加热器构造中，碱金属电池的整个表面被覆盖，ITO一般被用于加热器布线的材料，因为需要材料能透光。但是，因为ITO硬而脆，ITO具有制造限制，例如，当被弯曲时，可能会出现断线。电阻率由于制造条件不同而改变。此外，电阻率甚至比金属的还高。因此，加热器的设计自由度是很低的。
此外，在绕线类型上，可以使用不透明金属布线。但是，如上所描述，因为各自形成的布线离中心的距离不同，所以在碱金属电池中心的磁通密度不能完全抵消。
本实施例提供一种加热器基板，其中加热器布线由金属材料或类似的形成，并且由电流流动所产生的磁场可以很小，并且碱金属电池单元具有加热器基板。
(设置于碱金属电池单元中的加热器基板)
随后，参考附图3，解释依据本实施例的设置于碱金属电池单元中的加热器基板。
在依据本实施例设置于碱金属电池单元中的加热器基板上，第二加热器布线12被形成在第一加热器布线11a和11b的内部，第三加热器布线13形成在第一加热器布线11a和11b的外部。使用加热器的中心点P处的中心，第一加热器布线11a和11b、第二加热器布线12以及第三加热器布线13的中心被同中心地形成。同时，第一加热器布线11a和11b、第二加热器布线12以及第三加热器布线13被形成在将是碱金属电池的光传输单元A的区域的周围。在本申请中，碱金属电池的光传输单元A可被表示为碱金属封装单元。如图所示，附图标记A表示碱金属电池的光传输单元，附图标记B表示碱金属电池的光传输单元的外围。
具体地说，第一加热器布线11a和11b的芯部被布置在具有半径为r11和中心在加热器中心点P处的圆形的圆周上。此外，第二加热器12的芯部被布置在具有半径为r12和中心在加热器中心点P处的圆形的圆周上。此外，第三加热器13的芯部被布置在具有半径为r13和中心在加热器中心点P处的圆形的圆周上。同时，半径r13大于半径r11，半径r12小于半径r11，即，r13>r11>r12。
在本实施例中，第一加热器布线11a和11b近似半圆形，通过将近似圆形分割成两部分而获得。第二加热器布线12和第三加热器布线13的每一个都近似圆形。在本实施例中，第一加热器布线11a被表示为一个第一加热器布线11a，而第一加热器布线11b被表示为其它第一加热器布线11b。
在一个第一加热器布线11a的一个端部提供第一电极端子21，在其它第一加热器布线11b的一个端部提供第二电极端子22。此外，在一个第一加热器布线11a的其它端部提供第一加热器连接部件31。在第一加热器连接部件31处，一个加热器布线11a被连接到第二加热器布线12的一个端部和第三加热器布线13的一个端部。此外，在其它第一加热器布线11b的其它端部提供第二加热器连接部件32。在第二加热器连接部件32处，其它加热器布线11b被连接到第二加热器布线12的其它端部和第三加热器布线13的其它端部。
同时，在本实施例中，第一加热器布线11a和11b、第二加热器布线12、第三加热器布线13、第一加热器连接部件31和第二加热器连接部件32是由相同导电材料形成，例如，具有厚度大约为20.2μm的碳浆。此外，第一电极端子21和第二电极端子22是由具有厚度大约为28.4μm的银浆形成的。
此外，将一个第一加热器布线11a与第一电极端子21连接的连接布线41，将另一个第一加热器布线11b与第二电极端子22连接的连接布线42在交叉部分50处与第三加热器布线13相交。由于这个原因，在本实施例中，在交叉部分50处，在第三加热器布线13上提供一个没有示出的绝缘膜。在该没有示出的绝缘膜上，形成连接布线41和42。因此，在交叉部分50处，第三加热器布线13和连接布线41和42是电绝缘的。
考虑这样一种情况：在本实施例中设置于碱金属电池中的加热器基板上，如图2所示，第一电极端子21被连接到没有示出的电源的正端子，第二电极端子22被连接到电源的负端子。在这种情况下，电流I1从第一电极端子21顺时针方向流过大约半个圆形。在第一加热器连接部件31处，电流I1被分割成在第二加热器布线12中流动的电流I2以及在第三加热器布线13中流动的电流I3。在第二加热器布线12中，电流I2以逆时针方向流过大约整个圆形。在第三加热器布线13中，电流I3以逆时针方向流过大约整个圆形。在第二加热器连接部件32处，电流I2和I3结合变成电流I1。由电流I2和I3在第二加热器连接部件32处结合形成的电流I1，以顺时针方向经过大约半个圆形流过其它第一加热器布线11b，并流向第二电极端子22。
因此，通过流过具有半径r11的第一加热器布线11a和11b的电流I1所产生的磁场抵消了通过流过具有半径r12的第二加热器布线12的电流I2所产生的磁场和通过流过具有半径r13的第三加热器布线13的电流I3所产生的磁场。
这里，具有半径r11的第一加热器布线11a和11b的芯部和具有半径r12的第二加热器布线12的芯部之间的距离是G1(间距)，并且具有半径r11的第一加热器布线11a和11b的芯部和具有半径r13的第三加热器布线13的芯部之间的距离是G2(间距)。在这种情况下，G1可以等于G2，即G1＝G2。此外，G1和G2的值可以被设定，以便在加热器中心点P处的磁场是0或非常接近0的值。在这种情况下，G1可以大于G2，即G1>G2。
此外，在G1和G2非常接近的情况下，即，G1＝G2或G1≈G2，如即将要描述的，I2优选大于I3，即I2>I3。同时，流过第二加热器布线12的电流I2和流过第三加热器布线13的电流I3的比例可以通过使第二加热器布线12的电阻值不同于第三加热器布线13的电阻值而进行调整。具体地说，比例可通过使第二加热器布线12的布线宽度不同于第三加热器布线13的线宽而进行调整。
(模拟施加电流到加热器所产生的磁场)
下面将解释模拟电流流过形成在碱金属电池单元中的加热器所产生的磁场的结果。具体地说，用以下的加热器来完成模拟：具有如图4所示的构造的加热器、具有如图2所示的构造的加热器、以及如图3所示的依据本实施例的用于碱金属电池单元的加热器。同时，具有如图4所示的构造的加热器是有一个加热器布线的加热器，其中在具有近似圆形的加热器布线975的一个端部处提供第一电子端子981，在其它端部处提供第二电极端子982。因此，这是一种构造，其中电流流过加热器布线所产生的磁场的影响可以被抵消。模拟的一个条件是，每一种情况的加热器布线的布线宽度是0.8mm，施加到加热器的电流是10mA。
具有如图4所示的构造的加热器被形成，以便加热器布线975的芯部被布置在具有半径r0为2.66mm且中心在加热器的中心点P处的圆形的圆周上。另一方面，加热器布线975是由具有厚度大约为20.2μm的碳浆形成的。如图4所示，附图标记A表示碱金属电池的光传输单元，附图标记B表示碱金属电池的光传输单元的外围。
此外，具有如图2所示的构造的加热器被形成，以便第一加热器布线971的芯部被布置在具有半径r1为3.02mm且中心在加热器的中心点P处的圆形的圆周上，第二加热器布线972的芯部被布置在具有半径r2为2.66mm的圆形的圆周上。因此，第一加热器布线971的芯部和第二加热器布线972的芯部之间的距离是0.36mm。
此外，具有如图3所示的构造的依据本实施例的加热器被形成，以便第一加热器布线11a和11b的芯部被布置在具有半径r11为2.66mm且中心在加热器的中心点P处的圆形的圆周上。此外，这可以形成，第二加热器布线12的芯部被布置在具有半径r12为2.30mm且中心在加热器的中心点P处的圆形的圆周上，并且第三加热器布线13的芯部被布置在具有半径r13为3.02mm的圆形的圆周上。因此，第一加热器布线11a和11b的芯部和第二加热器布线12的芯部之间的距离G1(间距)是0.36mm，第一加热器布线11a和11b的芯部和第三加热器布线13的芯部之间的距离G2(间距)是0.36mm。
下边所示的表1，示出了通过模拟获得的在加热器的中心点P处的磁通密度B(μT)。同时，行S1示出具有如图4所示的构造的加热器的结果。行S2示出具有如图2所示的构造的加热器的结果。行S3和S4示出具有如图3所示的构造的加热器的结果，即，依据本实施例的在碱金属电池单元中的加热器。S3表示电流I2和电流I3基本相同的情况，例如，电流I2是5mA，电流I3是5mA。S4表示电流I2是3mA，电流I3是7mA的情况。
表1
如表1所示，在行S1中，具有如图4所示的构造的加热器的情况，即，仅具有一个加热器布线，在加热器的中线点P处的磁通密度是2.09(μT)。此外，在行S2中，具有如图2所示的构造的加热器的情况，在加热器的中线点P处的磁通密度是1.28(μT)。因而，通过在相反方向应用电流，在中心点P处的磁通密度在某种程度上可以更低，但这还不足够。
此外，对于依据本实施例的用于碱金属电池的加热器，在S3的情况下，在加热器的中心点P处的磁通密度是0.34(μT)。因此，在具有依据本实施例的用于碱金属电池的构造的加热器中，在加热器的中心点P处的磁通密度大约是在S2情况下的加热器的中线点P处的磁通密度的四分之一。此外，在S4的情况下，加热器中线点P处的磁通密度是0.027(μT)。在依据本发明实施例的加热器基板上，如在S4的情况下，通过施加3mA的电流I2和7mA的电流I3，磁通密度可以被减小到十五分之一。此外，如上边描述的，在距离G1和G2(间距)基本相同(即，G1＝G2或G1≈G2)的情况下，通过调节电流，可以使I3大于I2，即，I2<I3，在加热器的中心点P处的磁通密度非常小。
(碱金属电池单元的制造方法)
下面将解释依据本实施例的碱金属电池单元的制造方法。
首先，如图5A和5B所示，准备硅(Si)基板110。Si基板110的厚度是1.5mm。在Si基板110的两侧完成镜面抛光工艺。同时，图5A是在此工艺中的顶视图，图5B示出沿图5A中的点划线5A-5B切开的横截面图。
随后，如图6A和6B所示，第一开口111、第二开口112以及连接第一孔111和第二孔112的沟槽段113被形成在Si基板110中。同时，图6A是在此工艺中的顶视图，并且图6B示出沿图6A中的点划线6A-6B切开的横截面图。
具体地说，光刻胶被施加到Si基板110的一侧上，使用曝光设备执行曝光并显影，从而形成没有示出的抗蚀剂图案，抗蚀剂图案具有在已经形成的第一孔111、第二孔112和沟槽段113的区域中的开口。在这之后，通过诸如ICP(电感藕合等离子体)的方法干法刻蚀Si基板110，在没有形成抗蚀剂图案的区域的Si被去除，并形成深度大约是Si基板110厚度的一半的凹部。
然后，施加光刻胶到Si基板110的其它侧上，使用曝光设备执行曝光并显影；由此形成没有示出的抗蚀剂图案，抗蚀剂图案具有在已经形成第一孔111和第二孔112的区域中的开口。之后，通过诸如ICP的方法干法刻蚀Si基板110，没有形成抗蚀剂图案的区域的Si被去除，穿透Si基板110的第一孔111和第二孔112被形成。
在本发明的实施例中，沟槽段113没有穿透Si基板110，因为仅刻蚀了Si基板110的一侧。执行硅的干法刻蚀的是其中SF6和C4F8交替提供的波希(Bosch)工艺。通过波希工艺，对Si具有很高的各向异性的蚀刻可以被高速地执行。同时，对于这种干法刻蚀，使用电源功率是2KW。
上面解释了通过干法刻蚀形成第一孔111和第二孔112的方法。第一孔111和第二孔112也可通过湿法刻蚀形成。具体地说，首先，SiN薄膜，没有示出，通过低压CVD(化学气相沉积)被形成在Si基板110的每一侧上。在形成的SiN薄膜上，施加光刻胶，使用曝光设备执行曝光并显影；由此形成没有示出的抗蚀剂图案，抗蚀剂图案在第一开口111、第二开口112和沟槽部分被形成在一个侧面上的区域中具有开口。通过相同的方法，在其它侧，抗蚀剂图案，没有示出，抗蚀剂图案在第一开口111、第二开口112被形成的区域中形成有开口。在这之后，以CF4作为刻蚀气体执行干法刻蚀，去除没有形成抗蚀剂图案的区域的SiN薄膜。此外，通过去除抗蚀剂图案，形成含有SiN的掩模。在这之后，在85℃时，通过使用30wt％的氢氧化钾(KOH)溶液执行湿法刻蚀，去除没有形成含有SiN的掩模的区域的Si，由此，第一开口111，第二开口112和沟槽段被形成在Si基板110中。此外，在此之后，通过使用能溶解SiN的溶液的湿法刻蚀或类似的去除含有SiN的掩模。同时，用于Si的湿法刻蚀是各向异性刻蚀，并在形成的第一开口111、第二开口112和沟槽段113的一侧表面上，形成具有54.7°角的反斜面。
接着，如图7A和7B所示，利用阳极键合的方式，第一玻璃基板121(这将是第一透明基板)连接到Si基板110，在Si基板110中，第一开口111、第二开口112和沟槽段113形成在Si基板110的未形成沟槽段113的一侧，即，Si基板110的另一侧。另一方面，在此工艺中，图7A是顶视图，图7B显示的是沿图7A中的点划线7A-7B切开的横截面图。
具体地说，在减压腔室中，第一玻璃基板121与Si基板110的没有形成沟槽段113的一侧接触，即，Si基板110的另一侧，然后在温度为380℃的条件下，对第一玻璃基板121施加-800V的电压，由此执行阳极键合。由于在这种情况下没有放置碱金属原料或类似的，因此碱金属不会被阳极键合过程中产生的氧或类似的氧化。
接着，如图8A和8B所示，诸如铯Cs或铷Rb的碱金属原料130被注入到Si基板110的第一开口111中。此外，填充沟槽段113的结合金属原料140被安置在沟槽段113中。结合金属原料140是不能被加热器提供的温度熔化的材料，但是，在高于加热器提供的温度而还在相对低温的温度下熔化。结合金属原料140通过熔化而填充沟槽段113。此外，在本实施例中，放置了碱金属原料的第一开口111可表示为原料室。另一方面，在此工艺中，图8A是顶视图，图8B显示的是沿图8A中的点划线8A-8B切开的横截面图。
接着，如图9A和9B所示，作为缓冲气体的氮气被引入真空室并准备氮气氛围。在氮气氛围中，第二玻璃基板122，这将是第二透明基板，被安置到Si基板110的一侧上。在这之后，第二玻璃基板122通过阳极键合的方式连接到Si基板110上。在这种情况下，结合金属原料140已经被放置在沟槽段113中，但在这个平面中，沟槽段113并没有被结合金属原料140所填充。同时，在此工艺中，图9A是顶视图，图9B显示的是沿图9A中的点划线9A-9B切开的横截面图。
接着，如图10A和10B所示，碱金属原料130产生碱金属。同时，在此工艺中，图10A是顶视图，图10B示出沿图10A中的点划线10A-10B切开的横截面图。具体地说，碱金属原料是作为原材料，例如，在碱金属是铯Cs的情况下，复合物在含有Cs金属或Cs的空气中是稳定的。例如，在使用Cs分配器的情况下，碱金属原料130在空气中是稳定的，之后Cs分配器被注入到第一开口111(原料室)中并被密封，通过透镜138聚焦的激光137被发射并加热碱金属原料130以产生Cs。产生在第一开口111(原料室)内的Cs具有大约28℃的熔点。当Cs被加热到温度大于熔点时，Cs转变成气体和液体的混合状态。气态Cs，也就是碱金属131是气态，通过沟槽段113从第一开口111(原料室)延伸到第二开口112。
接着，如图11A和11B所示，放置在Si基板110的沟槽段113中的结合金属原料140被加热到预定温度并被熔化，由此沟槽段113被填充。因此，第一开口111和第二开口112在空间上被分开，且碱金属131以气态的形式被封装在第二开口112内。通过这种方法，碱金属封装段被形成在第二开口112内。同时，在此工艺中，图11A是顶视图，图11B示出沿图11A中的点划线11A-11B切开的横截面图。之后，气体电池单元通过切割机被切割开，并形成碱金属电池110。
接着，如图12所示，形成加热器基板150，其上形成第一加热器布线11a和11b、第二加热器布线12、第三加热器布线13或类似物。将碳作为主要成分的涂层材料丝网印刷到具有厚度大约为125μm例如PET(聚对苯二甲酸乙二醇脂)薄膜基板并烧结涂层材料的透明基板151上，从而形成加热器基板150。依据上述的工艺，第一加热器布线11a和11b、第二加热器布线12、第三加热器布线13或类似物形成在透明基板151上，并且形成加热器基板150。当碱金属电池单元制造时，形成在透明基板150上的第一加热器布线11a和11b、第二加热器布线12、第三加热器布线13或类似物被形成在围绕第二孔112的区域。
同时，绝缘薄膜152被形成在交叉部分50处，在交叉部分50处，连接布线41将一个第一加热器布线11a与第一电极端子21连接，连接布线42将其它第一加热器布线11b与第二电极端子22连接，并且第三加热器布线13与交叉部分50相交。具体地说，绝缘薄膜152形成在第三加热器布线13上，连接布线41和连接布线42形成在绝缘薄膜152上。绝缘薄膜152是由例如，绝缘抗蚀剂或类似的形成的。
更详细地说，用于形成加热器基板150的作为透明基板151的PET薄膜基板，具有13mm的长度和5mm的宽度。在加热器基板150中，第一加热器布线11a和11b、第二加热器布线12、第三加热器布线13被形成在透明基板151的一侧上。第一电极端子21经由连接布线41被连接到一个第一加热器布线11a的一个端部，第二电极端子22经由连接布线42被连接到另一个第一加热器布线11b的一个端部。此外，在一个第一加热器布线11a的另一端部提供第一加热器连接部件31，而第二加热器12的一个端部和第三加热器布线13的一个端部被连接到第一加热器连接部件31。此外，在另一个第一加热器布线11b的另一端部提供第二加热器连接部件32，而第二加热器12的另一个端部和第三加热器布线13的另一个端点被连接到第二加热器连接部件32。
形成加热器基板150，以使第一加热器布线11a和11b的布线宽度是350μm，第二加热器布线12的布线宽度是175μm，以及第三加热器布线13的宽度是225μm。此外，在加热器基板150上提供对准标记153，以便当加热器基板150连接到碱金属电池100上时能轻易的对准。同时，在加热器基板150中，在提供第一加热器布线11a和11b、第二加热器布线12和第三加热器布线13的一侧的相反侧上，没有示出的粘附层被形成且连接到碱金属电池100。
接着，如图13A到13C所示，加热器基板150连接到碱金属电池100。具体地说，加热器基板150的后侧被键合到具有8mm×5mm尺寸的碱金属电池100。此外，加热器基板150连接到通过切割铝块制造的气光电池支撑构件170，从而制造碱金属电池单元。
同时，在图13A到13C中，为了便利，示出了第二开口112的形状近似圆形的情况。这种形状可以上述的制造工艺来制造，形成的第二孔112的形状是近似圆形，而不是近似矩形。此外，在依据本实施例的碱金属电池单元中，加热器基板150可在不连接到气体电池支撑构件170的情况下连接到碱金属电池100。
在如上述的本实施例中，PET膜基板被用于形成加热器基板150的透明基板151。但是，也可以使用玻璃基板。此外，碱金属电池100还可被应用到具有分离的作为原材料室的第一开口111的构造的碱金属电池。
依据上述工艺，可制备本实施例中的碱金属电池单元。
[第二实施例]
下面将解释依据本发明的第二实施例。在依据本实施例的碱金属电池单元中，第一加热器布线没有被分开。具体地说，在第一实施例中，第一加热器布线具有其中提供有一个第一加热器布线11a和其它第一加热器布线11b的构造。但是，第一加热器布线11可以是依据如图14所示的构造的单个加热器布线。在图14中，附图标记A表示碱金属电池的光传输单元，附图标记B表示碱金属电池的光传输单元的外围。
具体地说，依据本实施例的碱金属电池单元中的加热器具有其中第二加热器布线被布置在具有圆形的第一加热器布线11之内、并且第三加热器布线被布置在第一加热器布线11之外的构造。第一加热器布线11的一个端部被连接到第一电极端子21，而第一加热器布线11的另一个端部经由第一加热器连接部件31a而连接到第二加热器布线12的一个端部和第三加热器布线13的一个端部。第二加热器布线12的其它端部和第三加热器布线13的其它端部在第二加热器连接部件32处彼此连接，且进一步被连接到第二电极端子22。
在交叉部分50a处，第一加热器布线11和第一电极端子21连接至连接布线41a与第三加热器布线13交叉，未示出的绝缘膜被提供在第三加热器布线13上。因此，连接第一加热器布线11和第二电极端子21的连接布线41形成在没有示出的提供在第三加热器布线13上的绝缘膜上。
考虑这样一种情况：在依据本实施例的提供在碱金属电池上的加热器中，第一电极端子21被连接到没有示出的电源的正端子，第二电极端子22被连接到电源的负端子。在这种情况下，电流I1顺时针方向从第一电极端子21经过大约整个圆形流过第一加热器布线11。在第一加热器连接部件31a处，电流I1被分成流入第二加热器布线12的电流I2和流入第三加热器布线13中的电流I3。在第二加热器布线12中，电流I2以逆时针方向流过大约整个圆形。在第三加热器布线13中，电流13以逆时针方向流过大约整个圆形。在第二加热器连接部件32a处，电流I2和I3被结合成电流I1。电流I1流向第二电极端子22。同时，上述特征以外的特征与第一实施例中的相同。
[第三实施例]
下面将解释依据本发明的第三实施例。依据本实施例的碱金属电池单元具有包括两个加热器基板的构造，其中每个加热器基板与图4所示的加热器基板是相同，且被层叠在一起。在各自加热器基板中流动的电流的方向彼此相反。具体地说，如图15和16所示，碱金属电池单元具有第二加热器基板150b和第一加热器基板150a依次层叠到碱金属电池的一侧上的构造。同时，为了解释的需要，图16显示的第一加热器基板150a和第二加热器基板150b被绘制成在平面，而事实上是垂直的。在图16中，附图标记A表示碱金属电池的光传输单元，附图标记B表示碱金属电池的光传输单元的外围,附图标记PT表示作为电源端子的正端子，附图标记NT表作为电源端子的负端子。
在本实施例中，在第一加热器基板150a和第二加热器基板150b之间电流方向是彼此相反的，也就是说，在第一加热器基板150a中的第一电极端子21和在第二加热器基板150b中的第二电极端子22被连接到没有示出的电源的正端子PT。此外，在第一加热器基板150a中的第二电极端子22和在第二加热器基板150b中的第一电极端子21被连接到未示出的电源的负端子NT。
具体地说，在第一加热器基板150a中，电流从第一电极端子21流入，流过一个第一加热器布线11a、第二加热器布线12和第三加热器布线13，以及另一个第一加热器布线11b，按照这个顺序，到达第二电极端子22。此外，在第二加热器基板150b中，电流从第二电极端子22流入，流过另一个第一加热器布线11b，第二加热器布线12和第三加热器布线13，以及一个第一加热器布线11a，按照这个顺序，到达第一电极端子21。因此，在第一加热器基板150a中流动的电流的方向与在第二加热器基板150b中流动的电流的方向是相反的。因此，如图15所示，在第一加热器基板150a和第二加热器基板150b被层叠的情况下，电流所产生的磁场在垂直方向上也彼此抵消，磁场的产生可进一步的被抑制。同时，上述特征以外的特征与第一实施例中的相同。
[第四实施例]
下面将解释依据本发明的第四实施例。依据本实施例的碱金属电池单元具有两个加热器基板的构造，其中每一个加热器基板与图4所示的加热器相同，并分别被布置在碱金属电池100的相对侧。在各自加热器基板中流动的电流方向彼此相反。具体地说，如图17所示，碱金属电池单元具有其中第一加热器基板150a被布置在碱金属电池100的一侧，第二加热器基板150b被布置在碱金属电池100的另一侧的构造。在本实施例中，在第一加热器基板150a和第二加热器基板150b之间的电流方向彼此相反。另外，在具有如上述构造的碱金属电池单元中，以如第三实施例中的方式，电流产生的磁场在垂直方向也被彼此抵消，并且磁场的产生可进一步的被抑制。同时，上述特征以外的特征与第三实施例中的相同。
[第五实施例]
下面将解释依据本发明的第五实施例。依据本实施例的碱金属电池单元具有四个加热器基板的构造，其中每一个加热器基板与图4所示的加热器相同，其中两个加热器基板被布置在碱金属电池100的相对侧的每一个上。在布置在碱金属电池100的每一侧上的各自的加热器基板中的电流的方向是彼此相反的。也就是说，如图18所示，碱金属电池单元具有，类似于第三实施例中的第一加热器基板150a和第二加热器150b的一对层叠的加热器基板被布置在碱金属电池100的每一侧上的构造。
具体地说，在碱金属电池100的一侧上，包括第一加热器基板150a和第二加热器基板150b的层叠的加热器基板被布置，而在碱金属电池100的另一侧上，包括第三加热器基板150c和第四加热器基板150d的层叠的加热器基板被布置。在本实施例中，在第一加热器150a和第二加热器基板150b之间的电流方向是彼此相反的，在第三加热器基板150c和第四加热器基板150d之间的电流方向是彼此相反的。
更详细地说，在第三加热器基板150c中，电流与在第一加热器基板150a中的流动方式一样。在第四加热器基板150d中，电流与在第一加热器基板150b中的流动方式一样。因此，在第三加热器基板150c中流动的电流的方向与在第四加热器基板150d中流动的电流的方向是相反的。因此，如图18所示，在第三加热基板150c和第四加热器基板150d被层叠的情况下，电流产生的磁场在垂直方向也被彼此抵消。此外，如上所述，在第一加热器基板150a中流动的电流的方向与在第二加热器基板150b中流动的电流的方向是相反的。因此，在第一加热基板150a和第二加热器基板150b被层叠的情况下，电流产生的磁场在垂直方向也被彼此抵消。因此，磁场的产生可进一步被抑制。同时，上述特征以外的特征与第三实施例中的相同。
[第六实施例]
下面将解释依据本发明的第六实施例。本实施例涉及到用于依据第一到第五实施例的任一实施例的碱金属电池的原子振荡器。参考图19，将解释依据本实施例的原子振荡器。依据本实施例的原子振荡器是小型的CPT型原子振荡器，包括光源410、准直透镜420、λ/4板430、碱金属电池440、光监测器450和调制器460。在原子振荡器中，通过将由含有边带的光源410发射的、且具有不同光波长的光注入到碱金属电池440中，振荡频率根据量子干涉的光吸收特性对两类谐振光的影响来进行控制。在图19中，附图标记MF表示磁场，附图标记D表示激光的直径，附图标OL表示穿过碱金属的激光的光路。
对于光源410，可以使用表面发射激光器。在碱金属电池440中，铯(Cs)原子的气体被封装，并使用D1线跃迁。对于光检测器450，使用光电二极管。
在依据本实施例的原子振荡器中，由光源410发射的光被传输到铯原子气体被封装的碱金属电池440上，并激发铯原子中的电子。穿过碱金属电池440的光通过光监测器450而被检测到。由光监测器450检测到的信号被反馈到调制器460。光源410的表面发射激光器元件由调制器460调制。
参考图20，将解释依据本实施例的原子振荡器。依据本实施例的原子振荡器在电路基板471的纵向形成。在电路基板471上提供氧化铝基板472，在氧化铝基板472上布置作为光源410的表面发射激光器元件。同时，在氧化铝基板472上，用于表面发射激光器473的加热器被布置以控制光源410的温度等。在光源410上，提供中密度(ND)滤光器474。该ND滤光器474被布置在预定位置，预定位置由玻璃或类似的形成的热绝缘隔片475确定。在ND滤光器474的上部中，提供准直透镜420，并且，在准直透镜420上提供λ/4板430。λ/4板430被布置在预定位置，预定位置由硅或类似的形成的隔片476确定。在λ/4板430上，提供碱金属电池440。碱金属电池440包括两个玻璃基板441，并且边缘部分通过硅基板442被连接成两个玻璃基板441面对面的状态。在玻璃基板441和硅基板442的包围部分内，碱金属被封装。同时，在碱金属电池440内，通过激光光传输的表面由玻璃基板441形成。在碱金属电池440的两侧，提供用于电池的加热器477，碱金属电池440可被设定在预定的温度。在碱金属电池440上，提供光监测器450。光检测器450被布置在预定位置，预定位置由硅形成的隔片478确定。
接着，在图21中示出涉及到CPT(相干俘获)的原子能级结构。CPT利用的原理是，在电子从基态能级被激发到激发能级时，光吸收率会降低。对于表面发射激光器元件，使用发射具有波长接近894.6nm载波的元件。载波的波长可通过改变表面发射激光器元件的温度或输出来进行调节。如图22所示，在载波的两侧产生调制边带。载波被调制在4.6GHz，所以该频率差响应于铯(Cs)原子的本征频率，即，9.2GHz。如图23所示，当边带的频率差响应于Cs原子的本征频率时，通过激发的Cs原子气体传输的激光量达到最大。因此，在光源410中的表面发射激光器元件的调制频率可通过调制器460反馈而进行调整，以便光监测器450的输出维持最大值。由于原子的本征频率很稳定，而调制频率占据稳定值，因此这个信息被提取出并作为输出值。同时，在波长为894.6nm的情况下，波长调节范围在±1nm内是必要的。
同时，在依据本实施例的原子振荡器中，对于碱金属电池440，可使用依据第一到第五实施例的任一碱金属电池。此外，在依据本实施例的原子振荡器的碱金属电池440中，硅基板442对应于第一实施例中的Si基板110或类似的。玻璃基板441对应于第一实施例中的第一玻璃基板121和第二玻璃基板122，或类似的部件。电池的加热器477对应于加热器基板150或类似的部件。
此外，在本实施例中，对于碱金属，使用的是铯(Cs)，表面发射激光器元件发射具有波长894.6nm的激光，以便使用从D1线的跃迁。在使用Cs的D2线的情况下，可使用波长为852.3nm的激光。此外，对于碱金属，可以使用铷(Rb)。在使用Rb的D1线的情况下，可使用波长为795.0nm的激光，在使用Rb的D2线的情况下，可使用波长为780.2nm的激光。此外，在使用Rb的情况下，应用于87Rb的调制频率是3.4GHz，应用于85Rb的调制频率是1.5GHz。另一方面，在上述波长中，波长调节的范围在±1nm内还是必要的。
进一步，本发明并不限于这些实施例，各种变形和修改将落入本发明的范围内。
本申请基于并要求以下申请的权益，日本优先权申请No.2013-170552，公开日为2013年8月20日以及No.2014-121562，公开日为2014年6月12日，并将其全部内容通过引用的方式并入本申请。

Claims (10)

1.一种用于加热含有碱金属的碱金属电池的加热器基板，包括：
在围绕碱金属封装部分的区域中形成第一加热器布线，其中碱金属被封装在碱金属封装部分中；
在围绕碱金属封装部分的区域中并且在第一加热器布线内部形成的第二加热器布线；以及
在第一加热器布线外部形成的第三加热器布线，
其中，在第一加热器布线中流动的电流被分成在第二加热器布线中流动的电流和在第三加热器布线中流动的电流；并且
在第一加热器布线中流动的电流的方向与在第二加热器布线中流动的电流的方向和在第三加热器布线中流动的电流的方向相反。
2.根据权利要求1所述的加热器基板，其中，
在第二加热器布线中流动的电流比在第一加热器布线中流动的电流小。
3.一种碱金属电池单元，包括权利要求1或2所述的加热器基板以及碱金属电池，其中，
所述碱金属电池包括：
基板，其中形成贯通第一侧和第二侧的开口；
键合到基板第一侧上的第一透明基板；以及
键合到基板第二侧上的第二透明基板，
其中，碱金属被封装于在基板的开口中由第一透明基板和第二透明基板围成的空间内，以便形成碱金属封装部分；以及
所述加热器基板被提供在第一透明基板上或第二透明基板上。
4.如权利要求3所述的碱金属电池单元，进一步包括另一加热器基板，其中，
所述加热器基板被提供在第一透明基板上或第二透明基板上；
所述另一加热器基板被提供在所述加热器基板上；并且
在所述加热器基板中的电流的方向与在所述另一加热器基板中的电流的方向相反。
5.如权利要求3所述的碱金属电池单元，进一步包括另一加热器基板，其中，
所述加热器基板被提供在第一透明基板上，并且所述另一加热器基板被提供在第二透明基板上。
6.如权利要求3－5中任一项所述的碱金属电池单元，其中，
第一加热器布线的中心和第二加热器布线的中心之间的距离与第一加热器布线的中心和第三加热器布线的中心之间的距离是相同的；并且
在第二加热器布线中流动的电流比在第三加热器布线中流动的电流小。
7.如权利要求6所述的碱金属电池单元，其中，
第二加热器布线的布线宽度比第三加热器布线的布线宽度小。
8.如权利要求3－5中任一项所述的碱金属电池单元，其中：
第一加热器布线的中心和第二加热器布线的中心之间的距离比第一加热器布线的中心和第三加热器布线的中心之间的距离大。
9.如权利要求3－5中任一项所述的碱金属电池单元，
进一步包括气体电池支撑构件，该支撑构件围绕所述加热器基板、第一透明基板和第二透明基板，其中，所述加热器基板接触所述气体电池支撑构件。
10.一种原子振荡器，包括：
如权利要求3－9中任一项所述的碱金属电池单元：
光源，发射激光到碱金属电池单元中的碱金属封装部分；以及
光检测单元，检测所发射到碱金属电池单元的碱金属封装部分的激光中穿过碱金属电池单元的碱金属封装部分的光。
CN201410654056.9A 2013-08-20 2014-08-20 加热器基板、碱金属电池单元和原子振荡器 Expired - Fee Related CN104518245B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013170552 2013-08-20
JP2013-170552 2013-08-20
JP2014121562A JP6308037B2 (ja) 2013-08-20 2014-06-12 ヒーター基板、アルカリ金属セルユニット及び原子発振器
JP2014-121562 2014-06-12

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104518245A CN104518245A (zh) 2015-04-15
CN104518245B true CN104518245B (zh) 2017-04-12

Family

ID=52479821

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410654056.9A Expired - Fee Related CN104518245B (zh) 2013-08-20 2014-08-20 加热器基板、碱金属电池单元和原子振荡器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9112518B2 (zh)
JP (1) JP6308037B2 (zh)
CN (1) CN104518245B (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3038892B1 (fr) * 2015-07-16 2017-08-11 Centre Nat Rech Scient Cellule a gaz pour un capteur atomique et procede de remplissage d'une cellule a gaz
US10447286B2 (en) * 2015-07-30 2019-10-15 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Vapor cell comprising electro-optic function for chip-scale atomic clock, and method for manufacturing sealed container for chip-scale instrument
JP2017084936A (ja) 2015-10-27 2017-05-18 セイコーエプソン株式会社 光源および原子発振器
JP6705151B2 (ja) * 2015-10-27 2020-06-03 セイコーエプソン株式会社 原子発振器
JP6575299B2 (ja) 2015-10-27 2019-09-18 セイコーエプソン株式会社 原子発振器
JP2018042079A (ja) * 2016-09-07 2018-03-15 セイコーエプソン株式会社 原子発振器
US11112298B2 (en) * 2019-11-27 2021-09-07 Quantum Valley Ideas Laboratories Vapor cells for imaging of electromagnetic fields
US11474175B2 (en) 2020-01-13 2022-10-18 Northrop Grumman Systems Corporation Heater system with magnetic field suppression
CN114062938B (zh) * 2020-07-29 2022-08-09 比亚迪股份有限公司 动力电池的振荡加热电流的检测方法、装置及车辆
DE102021212687A1 (de) 2021-11-11 2023-05-11 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Dampfzelle für Sensoranordnung basierend auf Kernspinresonanz

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6570459B1 (en) * 2001-10-29 2003-05-27 Northrop Grumman Corporation Physics package apparatus for an atomic clock
CN102684693A (zh) * 2011-03-14 2012-09-19 精工爱普生株式会社 气室单元、原子振荡器及电子装置
CN102684692A (zh) * 2011-03-14 2012-09-19 精工爱普生株式会社 气室单元、原子振荡器及电子装置
US8319156B2 (en) * 2009-12-22 2012-11-27 Teledyne Scientific & Imaging, Llc System for heating a vapor cell
CN102970035A (zh) * 2011-07-13 2013-03-13 株式会社理光 原子振荡器和用于制造原子振荡器的方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0964735A (ja) 1995-08-23 1997-03-07 Fujitsu Ltd ルビジウム原子発振器
DE10053415A1 (de) * 2000-10-27 2002-05-29 Bsh Bosch Siemens Hausgeraete Elektrischer Heizkörper
US6806784B2 (en) 2001-07-09 2004-10-19 The National Institute Of Standards And Technology Miniature frequency standard based on all-optical excitation and a micro-machined containment vessel
US20050007118A1 (en) 2003-04-09 2005-01-13 John Kitching Micromachined alkali-atom vapor cells and method of fabrication
JP2006093893A (ja) * 2004-09-21 2006-04-06 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd 水晶発振器及び水晶発振器に於ける保温方法
JP2009212416A (ja) 2008-03-06 2009-09-17 Epson Toyocom Corp ガスセルの製造方法及びガスセル
JP2009283526A (ja) 2008-05-20 2009-12-03 Epson Toyocom Corp ガスセルの製造方法及びガスセル
JP5375279B2 (ja) 2008-06-18 2013-12-25 セイコーエプソン株式会社 原子発振器
US8138760B2 (en) 2008-06-23 2012-03-20 Northrop Grumman Guidance And Electronics Company, Inc. Temperature system with magnetic field suppression
JP2013030513A (ja) 2011-07-26 2013-02-07 Seiko Epson Corp ガスセルユニットおよび原子発振器
JP2013058563A (ja) 2011-09-07 2013-03-28 Ricoh Co Ltd 面発光レーザモジュール
JP5954540B2 (ja) * 2012-09-10 2016-07-20 セイコーエプソン株式会社 原子セルモジュール、量子干渉装置、電子機器及び原子セルの磁界制御方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6570459B1 (en) * 2001-10-29 2003-05-27 Northrop Grumman Corporation Physics package apparatus for an atomic clock
US8319156B2 (en) * 2009-12-22 2012-11-27 Teledyne Scientific & Imaging, Llc System for heating a vapor cell
CN102684693A (zh) * 2011-03-14 2012-09-19 精工爱普生株式会社 气室单元、原子振荡器及电子装置
CN102684692A (zh) * 2011-03-14 2012-09-19 精工爱普生株式会社 气室单元、原子振荡器及电子装置
CN102970035A (zh) * 2011-07-13 2013-03-13 株式会社理光 原子振荡器和用于制造原子振荡器的方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20150054591A1 (en) 2015-02-26
CN104518245A (zh) 2015-04-15
JP6308037B2 (ja) 2018-04-11
US9112518B2 (en) 2015-08-18
JP2015062167A (ja) 2015-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104518245B (zh) 加热器基板、碱金属电池单元和原子振荡器
Kitching Chip-scale atomic devices
Zhou et al. An above-room-temperature phosphonium-based molecular ferroelectric perovskite,[(CH3) 4P] CdCl3, with Sb3+-doped luminescence
TWI364711B (zh)
US20140105553A1 (en) Graphene photonic device
CN104737246A (zh) 由穿过衬底的通孔提供的电感器
KR20140016292A (ko) 투명 도전막, 히터, 터치 패널, 태양 전지, 유기 el 장치, 액정 장치 및 전자 페이퍼
JP2006024087A (ja) 無線デバイス、その製造方法、その検査方法及び検査装置並びに無線装置及びその製造方法
CN106548982A (zh) 在单个半导体装置中集成不同传感器
Peng et al. A quaternary van der Waals ferromagnetic semiconductor AgVP2Se6
KR20130137712A (ko) 광-검출 시스템
CN105934887A (zh) 原子振荡器及其制造方法
JP5924155B2 (ja) 原子発振器および電子機器
TW201706736A (zh) 用於原子鐘的設備、其操作方法及其製造方法
CN104793153B (zh) 磁传感装置的制备方法
Mandal et al. Cs4CuSb2Cl12− x I x (x= 0–10) nanocrystals for visible light photodetection
US10833056B2 (en) Electrooptical device
KR102289703B1 (ko) 칩 스케일 원자시계
US11549811B2 (en) Atom chip for ultracold atom preparation and loading into an integrated optical waveguide evanescent field trip
JP2009081520A (ja) 水晶振動片および水晶デバイス
JP2015115886A (ja) 量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体
JP6337464B2 (ja) 量子干渉装置、原子発振器、および電子機器
KR102244798B1 (ko) 칩 스케일 원자시계
JP7319623B2 (ja) 量子光学装置
CN104380399B (zh) 一种包括位于中间的保护层的自旋注入器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20170412

Termination date: 20200820

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee