CN104913798B - 一种制备原子气室的原子分装器及原子气室的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种制备原子气室的原子分装器及制备原子气室的方法，其中本发明的原子分装器，包括分装器主体、气室分支和碱金属源，其中，该分装器的主体采用玻璃圆盘结构，气室分支在圆盘面上形成圆对称分布，而碱金属源位于圆盘另一面的中心位置，所有气室分支相对于碱金属源的距离相等，采用上述结构的原子分装器制备碱金属原子气室，有利于改善碱金属原子向气室中分装的一致性，提高原子气室的成品率，提升原子传感仪表的性能。

Description

一种制备原子气室的原子分装器及原子气室的制备方法

技术领域

本发明涉及原子气室制备技术领域，特别涉及一种制备原子气室的原子分装器，以及利用该原子分装器制备原子气室的方法。

背景技术

原子气室是核磁共振陀螺仪、原子钟、原子干涉磁力仪等原子仪表的核心物理组件，其性能直接决定原子仪表的精度。在制备原子气室的过程中，碱金属原子的分装工艺是关键技术之一，直接影响原子气室的成品率。

原子传感技术以原子作为传感介质，可以实现对载体角速度、加速度、时间、磁场等物理量的超精密测量。近年来，原子传感技术在国际上受到了军、民领域的高度重视，对原子传感技术的研究也直接推动了原子气室制造技术的进步。

1985年，美国Princeton大学制备出了球形原子气室，其采用一支直径13mm的玻璃圆管作为碱金属原子分装器，通过蒸馏的方法将碱金属原子分装到多个原子气室。

2006年，瑞士大学采用玻璃圆管作为碱金属原子分装器，原子气室分成两排对称地挂在玻璃圆管上，碱金属源连接在玻璃圆管的一端。由于各个原子气室相对于碱金属源存在距离差异，该方法无法实现碱金属原子的均匀分装。同时，随着原子气室的增多或原子气室尺寸的减小，这种碱金属原子分装的不均匀性会急剧增大。因此，批量加工小尺度(毫米量级)原子气室时，采用玻璃圆管作为原子分装器面临着难以保证碱金属分装均匀性这一严重问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种制备原子气室的原子分装器及原子气室的制备方法，其中，本发明的原子分装器的主体采用空心圆盘代替了现有技术中的玻璃圆管，原子气室在该圆盘的下表面上呈圆对称均匀分布，而碱金属源位于圆盘上表面的中心位置，这种结构可以确保碱金属分装的均匀性。

本发明的上述目的通过下述技术方案予以实现：

一种制备原子气室的原子分装器，包括分装器主体、气室分支和碱金属源，其中：分装器主体为空心圆盘，碱金属源位于所述圆盘的上表面中心处，气室分支包括N个原子气室，所述N个原子气室均匀分布并连接在分装器主体的下表面，各原子气室与碱金属源之间的距离相等，碱金属源和N个原子气室均与分装器主体的内部空心连通；N为正整数。

在上述的制备原子气室的原子分装器中，分装器主体的材料为玻璃，且与原子气室的玻璃类型相同。

在上述的制备原子气室的原子分装器中，气室分支的N个原子气室通过玻璃细管熔接在分装器主体的下表面，且与分装器主体的内部空心连通。

在上述的制备原子气室的原子分装器中，分装器主体的侧壁上熔接有与外部真空泵连接的玻璃细管。

一种制备碱金属原子气室的方法，包括如下步骤：

(1)、清洗N个原子气室并烘干，然后通过玻璃细管熔接在玻璃空心圆盘的下表面上，并与圆盘的内部空心连通；其中，所述N个原子气室均匀分布且到圆盘中心的距离相等；N为正整数；

(2)、将碱金属源通过玻璃细管熔接在所述玻璃空心圆盘的上表面中心，并与所述圆盘的内部空心连通；

(3)、在所述玻璃空心圆盘的侧壁上熔接玻璃细管，并与外部真空系统连接；

(4)、通过所述真空系统抽出空心圆盘内的空气；

(5)、利用蒸馏的方法使碱金属源中的原子均匀扩散进熔接在圆盘上的N个原子气室，同时对所述原子气室降温，使得碱金属原子在原子气室内凝结；

(6)、如果原子气室内不要求含有工作气体，则进入步骤(7)；而如果原子气室内要求含有压力达到设定气压值P的工作气体，则通过空心圆盘侧壁的玻璃管向空心圆盘内通入惰性气体，使得N个原子气室内的气压达到设定气压值P，然后进入步骤(7)；

(7)、密封熔断连接原子气室的玻璃细管，制备得到碱金属原子气室。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)、本发明的原子分装器的主体采用空心圆盘代替了现有技术中的玻璃圆管，原子气室在该圆盘的下表面上呈圆对称均匀分布，而碱金属源位于圆盘上表面的中心位置，这种结构可以确保碱金属分装的均匀性。

(2)、本发明的碱金属原子气室制备方法中，可以对空心圆盘和碱金属源加热，同时对各原子气室进行降温控制，使得碱金属原子只在各原子分支内凝结。

附图说明

图1为本发明的用于制备原子气室的原子分装器的结构示意图；

图2为本发明的原子气室制备装置的组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

本发明的制备原子气室的原子分装器，包括分装器主体、气室分支和碱金属源，在图1所示的原子气室分装器的结构示意图中，“1”为分装器主体，“2”为碱金属源，“3”为气室分支。其中：分装器主体为空心圆盘，碱金属源位于所述圆盘的上表面中心处，气室分支包括N个原子气室，所述N个原子气室均匀分布并连接在分装器主体的下表面，各原子气室与碱金属源之间的距离相等，碱金属源和N个原子气室均与分装器主体的内部空心连通；N为正整数。

在本发明中，为了便于对原子气室进行熔接，分装器主体的材料选择与原子气室同类型的玻璃。因此可以通过玻璃细管将气室分支的N个原子气室熔接在分装器主体的下表面，且与分装器主体的内部空心连通。

为了控制整个原子分装器内的真空环境和气压，分装器主体的侧壁上熔接有与外部真空泵连接的玻璃细管，可以通过该细管对原子分装器进行抽真空或充入惰性气体。。

本发明还提供了一种制备碱金属原子气室的方法，该方法包括如下步骤：

(1)、清洗N个原子气室并烘干，然后通过玻璃细管熔接在玻璃空心圆盘的下表面上，并与圆盘的内部空心连通；其中，所述N个原子气室均匀分布且到圆盘中心的距离相等；N为正整数；

(2)、将碱金属源通过玻璃细管熔接在所述玻璃空心圆盘的上表面中心，并与所述圆盘的内部空心连通；

(3)、在所述玻璃空心圆盘的侧壁上熔接玻璃细管，并与外部真空系统连接；具体连接关系如图2所示；

(4)、通过所述真空系统抽出空心圆盘内的空气；

(5)、利用蒸馏的方法使碱金属源中的原子均匀扩散进熔接在圆盘上的N个原子气室，同时对所述原子气室降温，使得原子气室内的温度低于碱金属原子的熔点，这样可以使得碱金属原子在原子气室内凝结；

(6)、如果碱金属原子气室内不要求含有工作气体，则进入步骤(7)；而如果碱金属原子气室内要求含有压力达到设定气压值P的工作气体，则通过空心圆盘侧壁的玻璃管向空心圆盘内通入惰性气体，使得N个原子气室内的气压达到设定气压值P，然后进入步骤(7)；

(7)、密封熔断连接原子气室的玻璃细管，制备得到碱金属原子气室。

以上所述，仅为本发明一个具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (4)

1.一种制备原子气室的原子分装器，其特征在于：包括分装器主体、气室分支和碱金属源，其中：分装器主体为空心圆盘，碱金属源位于所述圆盘的上表面中心处，气室分支包括N个原子气室，所述N个原子气室均匀分布并连接在分装器主体的下表面，各原子气室与碱金属源之间的距离相等，碱金属源和N个原子气室均与分装器主体的内部空心连通；N为正整数；分装器主体的侧壁上熔接有与外部真空泵连接的玻璃细管。

2.根据权利要求1所述的一种制备原子气室的原子分装器，其特征在于：分装器主体的材料为玻璃，且与原子气室的玻璃类型相同。

3.根据权利要求2所述的一种制备原子气室的原子分装器，其特征在于：气室分支的N个原子气室通过玻璃细管熔接在分装器主体的下表面，且与分装器主体的内部空心连通。

4.一种制备碱金属原子气室的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)、清洗N个原子气室并烘干，然后通过玻璃细管熔接在玻璃空心圆盘的下表面上，并与圆盘的内部空心连通；其中，所述N个原子气室均匀分布且到圆盘中心的距离相等；N为正整数；

(2)、将碱金属源通过玻璃细管熔接在所述玻璃空心圆盘的上表面中心，并与所述圆盘的内部空心连通；

(3)、在所述玻璃空心圆盘的侧壁上熔接玻璃细管，并与外部真空系统连接；

(4)、通过所述真空系统抽出空心圆盘内的空气；

(5)、利用蒸馏的方法使碱金属源中的原子均匀扩散进熔接在圆盘上的N个原子气室，同时对所述原子气室降温，使得碱金属原子在原子气室内凝结；

(6)、如果原子气室内不要求含有工作气体，则进入步骤(7)；而如果原子气室内要求含有压力达到设定气压值P的工作气体，则通过空心圆盘侧壁的玻璃管向空心圆盘内通入惰性气体，使得N个原子气室内的气压达到设定气压值P，然后进入步骤(7)；

(7)、密封熔断连接原子气室的玻璃细管，制备得到碱金属原子气室。