CN104833455B - 在热绝缘管芯上的原子源与加热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了在热绝缘管芯上的原子源与加热器。在一个实施例中，提供了一种芯片级原子传感器。芯片级原子传感器包括主体，其限定了至少一个感测腔。主体包括安装到主体的热绝缘管芯。该热绝缘管芯设置在与至少一个感测腔连通的位置中。热绝缘管芯包括基底，其限定了框架部和绝缘部以及将基底的绝缘部机械地联接到框架部的多个连系部。热绝缘管芯还包括安装在基底的绝缘部上的原子源和安装在绝缘部上且构造为加热原子源的加热元件。

Description

在热绝缘管芯上的原子源与加热器

相关申请的交叉引用

此申请要求2014年2月12日提交的第61/939,090号美国临时申请的优先权的权益，其公开内容在此通过引用并入本文。

背景技术

包括原子钟和原子惯性传感器的基于原子的传感器使用碱金属源，该碱金属源释放碱金属原子以在感测腔中形成碱蒸汽。一种类型的基于原子的传感器是激光冷却传感器。激光冷却的基于原子的传感器使用定向在碱蒸汽处的一个或多个激光束，以冷却碱蒸汽中的碱原子的原子样本。

在基于原子的传感器中普遍使用的碱金属铷（Rb）和铯（Cs）具有40摄氏度或低于40摄氏度的熔点和按指数增加的蒸汽压。在很多基于原子的传感器的应用中使用这样的碱金属可能导致感测腔中的不期望的高蒸汽压。此高蒸汽压导致大量的本底蒸汽（background vapor），该本底蒸汽与激光冷却的原子碰撞且限制原子样本的寿命。

为了降低本底蒸汽压，碱金属源可以由具有至少一个其他元素的碱金属构成，以形成在操作温度下具有比碱金属本身低的蒸汽压的合金或化合物。源材料也可以由石墨层间化合物构成，该石墨层间化合物包括碱金属。

发明内容

在一个实施例中，提供了一种芯片级原子传感器（chip scale atomic sensor）。芯片级原子传感器包括主体，其限定了至少一个感测腔。主体包括安装到主体的热绝缘管芯（die）。该热绝缘管芯设置在与至少一个感测腔连通的位置中。热绝缘管芯包括基底，其限定了框架部和绝缘部以及将基底的绝缘部机械地联接到框架部的多个连系部（tether）。热绝缘管芯还包括安装在基底的绝缘部上的原子源和安装在绝缘部上且构造为加热原子源的加热元件。

附图说明

应了解，附图仅描绘了示例性实施例，由此不应认为在范围上有限制作用，该示例性实施例将通过使用所附的附图用另外的具体说明和细节来描述，在附图中：

图1是用于芯片级的基于原子的传感器的示例性物理封装的平面图，该用于芯片级的基于原子的传感器具有设置在热绝缘管芯上的原子源和加热元件。

图2是用于芯片级的基于原子的传感器的另一示例性物理封装的剖切立体图，该用于芯片级的基于原子的传感器具有设置在热绝缘管芯上的原子源和加热元件。

图3是用于在图1和2中示出的物理封装中使用的示例性热绝缘管芯的立体图，该热绝缘管芯具有设置在其上的原子源和加热元件。

图4是用于对图3的热绝缘管芯上的用于加热原子源的加热元件进行闭环控制的示例性的激光器和光检测器的图解。

根据习惯做法，各种描述的特征并非按比例绘出，而是为了强调与示例性实施例有关的具体特征而绘出的。

具体实施方式

适于原子源的示例的二元合金包括铷-铟（Rb-In）、铷-铅（Rb-Pb）和铷-镓（Rb-Ga）。在90%的碱金属（溶剂）中具有少量（约10%）（溶质）金属的合金的熔化温度也高达100摄氏度。进一步，溶质原子的蒸汽压与碱溶剂的蒸汽压相比是非常低的。这样可以使使用复合原子源的基于原子的传感器能够在升高的温度（约100摄氏度）下以降低的蒸汽压（与单元素原子源相比）操作。可以选择溶质与溶剂的比值来获得期望的蒸汽压曲线。

由石墨层间化合物提供的原子源可以由碱金属的原子单层隔开的单或多原子层石墨片构成。可以选择石墨层间化合物中碳与碱层的比值来获得期望的蒸汽压曲线。

在二元合金或石墨层间化合物的示例中，可以选择原子源的成分，以具有比在用于传感器的最高期望操作温度下所期望的蒸汽压低的蒸汽压。然后，可以以受控的方式加热原子源，以升高且维持感测腔中的期望的蒸汽压。在示例中，这样的原子源可以设置在热绝缘管芯上，该热绝缘管芯允许对原子源进行低功率温度控制。有利地，这样的二元合金或石墨层间化合物也可以以可逆方式来起作用，以从感测腔再吸收过量的碱蒸汽。

图1是用于芯片级的基于原子的传感器的示例性物理封装100的平面图。在示例中，物理封装100是用于原子钟的。在另一示例中，物理封装100是用于原子惯性传感器的。物理封装100包括限定了感测腔103的主体102。主体102是结构构件，且可以由诸如玻璃或陶瓷的任何合适的材料构成。在图1中示出的示例中，主体102是球形的，但是主体102可以具有任何合适的几何形状。

碱蒸汽维持在感测腔103中。在示例中，碱蒸汽由铷（Rb）原子或铯（Cs）原子构成。一个或多个激光器104、105、106构造为将光发射到感测腔103中，以便冷却碱蒸汽中的原子、感测原子的状态、和/或感测碱蒸汽的密度。一个或多个激光器104、105、106可以设置在物理封装100的主体102上，或者可以设置在主体102的外部。在示例中，一个或多个激光器104、105、106中的至少一个安装在热绝缘管芯114上。一个或多个光检测器108构造为感测来自感测腔103中的光，以便感测从碱蒸汽中的原子发射的光。然后从碱蒸汽中的原子发射的光可以用于产生用于原子钟或原子惯性传感器的输出。

感测腔103中的碱蒸汽从原子源110释放。原子源110可以由单元素碱、碱和另一元素的化合物、碱和另一金属的合金或包括碱的石墨层间化合物构成。原子源110设置在热绝缘管芯112上，该热绝缘管芯112安装为使得从原子源110释放的原子进入感测腔103。也就是说，热绝缘管芯112设置在与感测腔103连通的位置中。图1图示了这样的热绝缘管芯112的示例，该热绝缘管芯112设置在与感测腔103连通的位置中。例如，热绝缘管芯112可以安装在感测腔103中，使得碱原子直接释放到感测腔103中。在另一示例中，热绝缘管芯112安装在凹陷部中，该凹陷部如在图1的示例中所示出地通向感测腔。

图2图示了用于芯片级的基于原子的传感器的物理封装200的另一示例。图2图示了具有原子源210的热绝缘管芯212的另一示例，该热绝缘管芯212设置在与感测腔203连通的位置中。在物理封装200中，热绝缘管芯212安装在与感测腔203隔开的辅腔216中。这样的辅腔216与感测腔203连通，使得由原子源210释放到辅腔216中的原子可以行进到感测腔203中。辅腔216可以用于为由原子源210释放的原子提供初始位置，以在进到感测腔203中之前散开。

类似于图1的物理封装100，物理封装200包括限定了感测腔203的主体202。图2中示出的示例性的物理封装200对应于惯性传感器，且限定了两个感测腔203、205。一个或多个激光器（未示出）以及一个或多个光检测器（也未示出）类似于上文关于物理封装100所描述地用于每个感测腔203、205。另外，图2的示例性的物理封装200具有两个辅腔216、218，每个都具有安装在各自的热绝缘管芯212、213上的原子源210、211。

图3是示例性的热绝缘管芯300的立体图，该热绝缘管芯300可以用于热绝缘管芯112、212、213中的任一个。热绝缘管芯300包括单片基底302，该单片基底302由诸如硅的任何合适的材料构成。单片基底302限定了框架部304、绝缘部306和将框架部304连接到绝缘部306的多个连系部308。框架部304、绝缘部306和多个连系部308中的每个都通过刻蚀单片基底302以移除基底302的多个部分来形成，从而留下框架部304、绝缘部306和多个连系部308。于是，多个连系部限定在基底302中（即由基底302的材料形成）。框架部304围绕绝缘部306，该绝缘部306由连系部308悬接。如图3中所示，在框架部304和绝缘部306之间，基底302的很多（例如至少75%）已经被移除，使得在绝缘部306和框架302之间的基底302中存在大量的间隙。对框架部304和绝缘部306之间的基底302的此移除提供了绝缘部306与框架部304的高度热绝缘。在图3中示出的示例中，绝缘部306具有圆形形状和在绝缘部306和框架304之间围绕绝缘部306的环形间隙（除了连系部308之外）。连系部308从绝缘部306延伸通过环形间隙到框架304。在其他示例中，可以使用不同于圆形和环形的形状。

在示例中，诸如氧化层的绝缘层设置在基底302的顶部工作表面，以使在基底302的顶部工作表面上的电子部件（例如引线）与基底302绝缘。原子源310安装在基底302的绝缘部306上。加热元件312也位于基底302的绝缘部306上，且构造为加热绝缘部306和周围的区域。原子源310可以由诸如单元素碱、碱和另一元素的化合物、碱和另一金属的合金或包括碱的石墨层间化合物的任何适当的成分构成。可以选择原子源310的成分，以具有比在用于传感器的最高期望操作温度下所期望的蒸汽压低的蒸汽压，该传感器中使用了原子源310。然后，原子源310可以以受控的方式由加热元件312加热，以在感测腔中升高和维持期望的蒸汽压。加热元件312可以是在绝缘部304中制造到基底302中的电阻器。在示例中，加热元件312是由镍-铬（NiCr）构成的电阻器。多个电引线延伸穿过连系部308中的一个或多个，且将加热元件312联接到部件，这些部件在框架部304上或联接到框架部304。

在操作中，控制加热元件312，以控制原子源310的温度且在感测腔中维持期望的蒸汽压。特别地，随着原子源310的温度升高，由原子源310提供的蒸汽压也升高。在基本示例中，以开环方式控制加热元件312。有利地，将加热元件312和原子源310设置在热绝缘管芯300的绝缘部306上能够使原子源310以低功率被加热。在一个示例中，在这样的布置方式中，需要约20 mW来加热原子源310。

在其他示例中，以闭环方式控制加热元件312。在一个这样的示例中，温度传感器设置在绝缘部306上，以感测其温度。基于原子源310的期望的蒸汽压来选择温度设定点。温度传感器感测绝缘部206的温度/绝缘部206周围的温度，并将指示其的信号发送给控制电子件（未示出）。控制电子件联接到加热元件312，并调节由加热元件312提供的热，以将绝缘部306的温度维持在设定点。在这样的示例中，温度设定点可以是静态的。在图3中示出的这样示例的一个实施方案中，温度传感器是制造到基底302的绝缘部306中的惠斯通（Wheatstone）电桥309。这样的惠斯通电桥309可以由联接到两个铂（Pt）电阻器的两个镍-镉（NiCr）电阻器构成。多个电引线可以延伸穿过连系部308中的一个或多个，以将惠斯通电桥309联接到其他部件，这些其他部件在框架304上或联接到框架304。在可替换的示例中，绝缘部306上的温度传感器可以是代替完整的惠斯通电桥的单独的铂电阻器。

图4是加热元件312的闭环控制的另一示例的图解。此示例图示了如上文关于图3所描述的热绝缘管芯的绝缘部406。绝缘部406具有安装在其上的原子源410。另外，激光器422安装到芯片级原子传感器的主体，且设置为将光发射到传感器腔中。特别地，激光器422设置为将光发射到感测腔中的碱蒸汽云。激光器422被锁定到碱蒸汽中的碱原子（即由原子源410释放的碱原子）的原子超精细跃迁。如现有技术已知的，可以使用AC调制将激光器锁定到原子超精细跃迁。光检测器（例如光检测器420或426）构造为基于由激光器422发射的光来感测来自感测腔的光。由光检测器感测的该光指示出现在碱蒸汽云中的碱原子的量。于是，来自光检测器的输出指示感测腔内的碱原子的蒸汽压。

光检测器420是光检测器的第一示例，该光检测器构造为感测指示碱蒸汽云中的碱原子的量的光。光检测器420设置为感测来自激光器422的光的强度，该光传播通过蒸汽云。随着来自激光器422的光传播通过碱蒸汽云，光由在它的路径中的任何碱原子吸收。于是，碱蒸汽云越密集，由光检测器420感测到的光越少。在此第一示例中，光检测器420与激光器422对准，且构造为感测由激光器422发射的光。激光器422和光检测器420设置为使得来自激光器422的光传播通过感测腔中的碱蒸汽云。

光检测器426是光检测器的第二示例，该光检测器构造为感测指示碱蒸汽云中的碱原子的量的光。光检测器426可以代替光检测器420使用或者除了光检测器420之外还可以使用光检测器426。光检测器426设置为在碱原子吸收来自激光器422的光之后感测由碱原子发射的荧光。碱蒸汽云越密集，在来自激光器422的光的路径中的碱原子越多，由此，吸收来自激光器422的光的碱原子越多。吸收来自激光器422的光的每个碱原子都发射荧光。由此，碱蒸汽云越密集，发射的荧光越多。以此方式，来自光检测器420的指示感测到的荧光的信号可以提供给控制电子件，从而可以控制加热元件312以在感测腔中维持期望的蒸汽压。这样的光检测器426可以安装在任何实际位置中，包括但不限于，在与激光器422相同的热绝缘管芯上（特别地，在相同的绝缘部424上）。热绝缘管芯的绝缘部424可以使它的温度受控制（例如经由类似于上文关于图3所讨论的加热元件的加热元件），以在温度上稳定激光器422和/或第二光检测器426。

不管怎样，光检测器420和/或426将指示感测腔中的蒸汽压的信号输出给联接到加热元件312的控制电子件。在示例中，来自光检测器420、426的输出信号是DC信号。控制电子件可以基于感测腔中的碱蒸汽云的密度来控制由加热元件312提供的热，以在感测腔中维持期望的蒸汽压。光检测器420、426也安装在绝缘部406上。有利地，将光检测器420、426安装在与原子源410和加热元件相同的热绝缘管芯（特别地，相同的绝缘部406）上提供了对用于光检测器420、426的反馈电阻器的温度稳定性。但是，将光检测器420、426安装在与原子源410和加热元件相同的热绝缘管芯上不是必须的。由此，在其他示例中，光检测器420，426安装在不同的热绝缘管芯上。在另外其他的示例中，光检测器420、426安装在不是热绝缘管芯的结构上，诸如物理封装的主体。

激光器422也可以安装在热绝缘管芯（不同于用于原子源410的热绝缘管芯）上。特别地，激光器422可以安装在热绝缘管芯的绝缘部424上，该热绝缘管芯设置为使得激光器422朝向光检测器420、426发射光。激光器422可以为诸如VCSEL或DBR激光器的任何适合激光器。

在一些示例中，激光器422（其被锁定到原子超精细跃迁）也可以用作主激光器，用于在相位上锁定用于执行激光冷却和其他原子感测任务的其他从激光器。

在示例中，可以使用绝缘部306、406上的温度传感器（例如惠斯通电桥309）以及激光器422和光检测器420、426来控制原子源310、410的温度，原子源310、410安装在绝缘部306、406中。特别地，具有原子源310、410的绝缘部306、406上的温度传感器可以用来提供粗调，且具有光检测器420和/或光检测器426的激光器422可以提供微调。例如，可以在用于绝缘部306、406的初始假定温度下为惠斯通电桥309选择初始温度设定点。控制电子件可以控制加热元件312，以将惠斯通电桥309维持在初始温度设定点。在示例中，初始温度设定点约为100摄氏度。当控制加热元件312以将惠斯通电桥309维持在初始温度设定点时，具有光检测器420、426的激光器422测量感测腔中的碱蒸汽的密度。如果密度低于期望的，则控制电子件可以升高用于惠斯通电桥309的温度设定点，以增加由原子源310、410释放的碱原子。如果密度高于期望的，则控制电子件可以降低用于惠斯通电桥309的温度设定点，从而减少由原子源310、410释放的碱原子，在一些示例中，导致原子源310、410从感测腔再吸收碱原子。然后控制电子件可以维持惠斯通电桥309且调节温度设定点，以微调感测腔中的蒸汽压。

热绝缘管芯300可以通过在基底302的具有刻蚀停止层（etch stop）的顶部表面的一部分上形成掺杂层（诸如硼）来制造。特别地，可以使顶部表面的至少对应于绝缘部306的部分、它周围的间隙和连系部308被掺杂。然后，可以从背面刻蚀基底302，通过基底直到掺杂层。此刻蚀可以刻蚀背面的对应于绝缘部306、它周围的间隙和连系部308的区域。此刻蚀例如可以使用深反应离子刻蚀来执行。在此第一刻蚀之后，基底302的在顶部表面处的层维持在绝缘部306、它周围的间隙和连系部308中。接着，通过前面刻蚀此层（其包括具有例如硼的掺杂层）以形成间隙，从而限定连系部308和绝缘部306。这样的第二刻蚀可以采用光刻技术来执行。在一些示例中，连系部308可以由不同于基底302（例如硅）的材料形成，诸如硅的氧化物或氮化物或者诸如Pyrex的合适的玻璃。

氧化层可以形成在框架304、绝缘部306和连系部308的顶部表面上，以使基底302与电部件（例如引线）绝缘。电引线、加热元件312、惠斯通电桥309和其他任何其他部件可以制造（图案化）在顶部表面中。加热元件312和惠斯通电桥309可以制造在绝缘部306中，且电引线可以制造穿过一个或多个连系部308，以将绝缘部306上的部件联接到部件，这些部件在框架部304上或联接到框架部304。例如，NiCr加热元件312可以是在绝缘部306中的采用光刻技术图案化的电阻器。可以从基底的前面到背面通过框架部304制造一个或多个过孔，以将前面上的电引线联接到与框架部304的背面联接的部件。原子源310可以安装在绝缘部306上。框架部304的背面可以安装到另一构件，用于将热绝缘管芯300接附到另一结构。

示例性实施例

示例1包括一种芯片级原子传感器，该芯片级原子传感器包括：主体，其限定了至少一个感测腔；热绝缘管芯，其安装到主体，该热绝缘管芯设置在与至少一个感测腔连通的位置中，热绝缘管芯包括：基底，其限定了框架部和绝缘部；多个连系部，其将基底的绝缘部机械地联接到框架部；原子源，其安装在基底的绝缘部上；以及加热元件，其在绝缘部上且构造为加热原子源。

示例2包括示例1的芯片级原子传感器，其中热绝缘管芯包括设置在绝缘部上的温度传感器，该温度传感器构造为感测靠近原子源的温度，其中芯片级原子传感器包括控制电子件，其构造为从温度传感器获取温度读数且控制加热元件，以将靠近原子源的温度维持在温度设定点处。

示例3包括示例2的芯片级原子传感器，其中温度传感器是惠斯通电桥。

示例4包括示例2-3中的任一个的芯片级原子传感器，其中热绝缘管芯包括部分地设置在多个连系部上的多个电引线，多个电引线电联接到加热器和温度传感器。

示例5包括示例2-4中的任一个的芯片级原子传感器，包括：激光器，其设置为将光发射到感测腔中，其中该激光器被锁定到原子源的碱原子的原子超精细跃迁；以及光检测器，其设置为感测感测腔中的指示感测腔中的蒸汽压的光，其中控制电子件构造为接收来自光检测器的信号且基于其控制加热元件，以在感测腔内维持碱原子的期望的蒸汽压。

示例6包括示例5的芯片级原子传感器，其中光检测器与激光器对准，且构造为在光穿过感测腔中的碱原子的蒸汽云之后感测由激光器发射的光。

示例7包括示例5-6中的任一个的芯片级原子传感器，其中光检测器设置为在碱原子吸收来自激光器的光之后感测由感测腔中的蒸汽云中的碱原子发射的荧光。

示例8包括示例5-7中的任一个的芯片级原子传感器，其中光检测器安装在热绝缘管芯的绝缘部上。

示例9包括示例8的芯片级原子传感器，其中激光器安装在第二热绝缘管芯的绝缘部上。

示例10包括示例5-9中的任一个的芯片级原子传感器，其中控制电子件构造为基于来自光检测器的指示蒸汽压的信号来调节温度设定点，以维持感测腔中的蒸汽压。

示例11包括示例1-10中的任一个的芯片级原子传感器，其中多个连系部限定在基底中。

示例12包括示例1-11中的任一个的芯片级原子传感器，其中基底由硅构成。

示例13包括示例1-12中的任一个的芯片级原子传感器，其中原子源包括碱和另一元素的化合物、碱和另一金属的合金或包括碱的石墨层间化合物中的一个。

示例14包括示例1-13中的任一个的芯片级原子传感器，其中热绝缘管芯设置在感测腔中、在通向感测腔的凹陷部中、或者在与感测腔连通的辅腔中。

示例15包括一种控制芯片级原子传感器中的蒸汽压的方法，该方法包括：感测靠近原子源的温度；基于感测到的温度控制靠近原子源的加热元件，以将靠近原子源的温度维持在温度设定点处；从激光器朝向芯片级原子传感器的感测腔中的碱原子的蒸汽云发射光；感测感测腔中的光，该光指示感测腔中的碱原子的蒸汽压；以及基于感测到的感测腔中的光来调节温度设定点，以将感测腔中的蒸汽压维持在期望的水平处。

示例16包括示例15的方法，其中感测光包括：感测由激光器发射的穿过蒸汽云的光和感测在碱原子吸收来自激光器的光之后由碱原子发射的荧光中的一个或多个。

示例17包括一种芯片级原子传感器，该芯片级原子传感器包括：主体，其限定了感测腔；热绝缘管芯，其安装到主体，该热绝缘管芯设置在与感测腔连通的位置中，热绝缘管芯包括：由硅构成的基底，该基底限定了框架部、绝缘部和在绝缘部和框架部之间机械地延伸的多个连系部，其中多个连系部延伸通过在框架部和绝缘部之间的基底中的间隙；原子源，其安装在基底的绝缘部上；加热元件，其安装在基底的绝缘部上；以及多个引线，其部分地设置在多个连系部上，多个引线电联接到加热器。

示例18包括示例17的芯片级原子传感器，包括：激光器，其设置为将光发射到感测腔中，其中该激光器被锁定到原子源的碱原子的原子超精细跃迁；以及光检测器，其设置为感测感测腔中的指示感测腔中的蒸汽压的光，其中控制电子件构造为接收来自光检测器的信号且基于其控制加热元件，以在感测腔内维持碱原子的期望的蒸汽压。

示例19包括示例18的芯片级原子传感器，其中热绝缘管芯包括设置在绝缘部上的温度传感器，该温度传感器构造为感测靠近原子源的温度，其中芯片级原子传感器包括控制电子件，其构造为从温度传感器获取温度读数且控制加热元件，以将靠近原子源的温度维持在温度设定点处。

示例20包括示例19的芯片级原子传感器，其中控制电子件构造为基于来自光检测器的指示蒸汽压的信号调节温度设定点，以维持感测腔中的蒸汽压。

Claims (6)

1.一种芯片级原子传感器（100、200），其包括：

主体（102、202），其限定了至少一个感测腔（103、203、205）；

热绝缘管芯（112、212、213、300），其安装到所述主体（102、202），所述热绝缘管芯（112、212、213、300）设置在与所述至少一个感测腔（103、203、205）的内部连通的位置中，所述热绝缘管芯（112、212、213、300）包括：

基底（302），其限定框架部（304）和绝缘部（306、406）；

多个连系部（308），其将所述基底（302）的所述绝缘部（306、406）机械地联接到所述框架部（304）；

原子源（110、210、211、310、410），其安装在所述基底（302）的所述绝缘部（306、406）上；以及

加热元件（312），其位于所述绝缘部（306、406）上且构造为加热所述原子源（110、210、211、310、410）。

2.根据权利要求1所述的芯片级原子传感器（100、200），其中所述热绝缘管芯（112、212、213、300）包括设置在所述绝缘部（306、406）上的温度传感器（309），所述温度传感器（309）构造为感测靠近所述原子源（110、210、211、310、410）的温度，

其中所述芯片级原子传感器（100、200）包括控制电子件，所述控制电子件构造为从所述温度传感器（309）获取温度读数且控制所述加热元件（312），以将靠近所述原子源（110、210、211、310、410）的温度维持在温度设定点处。

3.根据权利要求2所述的芯片级原子传感器（100、200），其包括：

激光器（422），其设置为将光发射到所述感测腔中，其中所述激光器被锁定到所述原子源（112、212、213、300）的碱原子的原子超精细跃迁；以及

光检测器（420），其安装在所述热绝缘管芯（112、212、213、300）的所述绝缘部（306、406）上，且设置为感测所述感测腔（103、203、205）中的指示所述感测腔（103、203、205）中的蒸汽压的光，

其中所述控制电子件构造为接收来自所述光检测器（420）的信号且基于其控制所述加热元件（312），以在所述感测腔（103、203、205）内维持碱原子的期望的蒸汽压，其中所述控制电子件构造为基于来自所述光检测器（420）的指示蒸汽压的所述信号来调节所述温度设定点，以在所述感测腔（103、203、205）中维持蒸汽压。

4.根据权利要求1所述的芯片级原子传感器（100、200），其中所述原子源（110、210、211、310、410）包括碱和另一元素的化合物、碱和另一金属的合金或包括碱的石墨层间化合物中的一种。

5.一种热绝缘管芯（300），其包括：

基底（302），其限定框架部（304）和绝缘部（306、406）；

多个连系部（308），其将所述基底（302）的所述绝缘部（306、406）机械地联接到所述框架部（304）；

原子源（110、210、211、310、410），其直接安装在所述基底（302）的所述绝缘部（306、406）上；以及

加热元件（312），其安装在所述基底（302）的所述绝缘部（306、406）上且构造为加热所述原子源（110、210、211、310、410）。

6.根据权利要求5所述的热绝缘管芯（300），其中所述原子源（110、210、211、310、410）包括碱和另一元素的化合物、碱和另一金属的合金或包括碱的石墨层间化合物中的一种。