CN112595241A - 一种原子气室内壁氢化铷抗弛豫膜层厚度的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种原子气室内壁氢化铷抗弛豫膜层厚度的测量方法，应用于原子气室测试评估领域。首先在氦气氛围中将内壁镀有氢化铷抗弛豫膜层的原子气室进行物理破碎，利用原子力显微镜和光谱分析仪进行检测，通过不同厚度抗弛豫膜层的光谱透射率的测试数据，建立抗弛豫膜层厚度与光谱透射率的映射关系；然后基于上述映射关系，利用光谱分析仪，通过无损检测方式，测量待测原子气室的光谱透射率，通过数学模型拟合得到原子气室内壁抗弛豫膜层的厚度；从而实现对原子气室内壁抗弛豫膜层厚度的无损检测。本发明解决目前原子气室内壁氢化铷抗弛豫膜层难以有效测量的问题。
Description
技术领域
本发明涉及原子气室技术领域，尤其是涉及原子气室测试评估领域的方法。
背景技术
目前，高性能原子气室的制备是严重制约核磁共振陀螺仪、无自旋交换弛豫(spinexchange relaxation free，SERF)陀螺仪等新型量子仪表向高精度、实用化突破的关键问题之一。其中，在小尺寸气室内实现长横向弛豫时间惰性气体原子系综是现阶段提升量子仪表性能并将其推向实用化的关键。
对气室内壁进行抗弛豫镀膜，是增加宏观原子自旋弛豫时间的一种有效手段，可以使原子在多次与内壁碰撞后而不丢失其极化状态，延长原子自旋极化的弛豫时间，满足高精度核磁共振陀螺仪的需要。在原子气室内充入氢气与碱金属铷进行反应，从而在原子气室内壁形成氢化铷膜层，可以大幅提升原子自旋磁矩的横向弛豫时间，改善原子自旋磁矩进动状态的稳定性。
然而，目前尚无有效手段能实现对氢化铷抗弛豫膜层的精确测量。显然，这极大限制了抗弛豫镀膜原子气室的制备和优化。
发明内容
本发明的目的在于解决目前原子气室内壁氢化铷抗弛豫膜层难以测量的难题，提供一种原子气室内壁氢化铷抗弛豫膜层厚度的测量方法。首先在氦气氛围中将内壁镀有氢化铷抗弛豫膜层的原子气室进行物理破碎，利用原子力显微镜和光谱分析仪进行检测，通过不同厚度抗弛豫膜层的光谱透射率的测试数据，建立抗弛豫膜层厚度与光谱透射率的映射关系；然后基于上述映射关系，利用光谱分析仪，通过无损检测方式，测量待测原子气室的光谱透射率，通过数学模型拟合得到原子气室内壁抗弛豫膜层的厚度；从而实现对原子气室内壁抗弛豫膜层厚度的无损检测。利用本发明中的方法可以对原子气室内壁氢化铷膜层进行精确测量和无损检测，对高性能原子气室制备和评估有重要的学术价值和工程意义。
本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：
一种原子气室内壁氢化铷抗弛豫膜层厚度的测量方法，包括如下步骤：
(1)、制备原子气室玻壳，并在玻壳内充入氢气和铷，通过化学反应在原子气室内壁形成氢化铷抗弛豫膜层；
(2)、将抗弛豫镀膜原子气室样品放入手套箱固定，利用真空泵对手套箱抽真空，至压强小于5×10-2Pa，充入氦气，剖开原子气室样品；
(3)、在氦气氛围下，利用原子力显微镜对剖开样品内壁的膜层厚度进行测量，获得抗弛豫膜层厚度数据；
(4)、在氦气氛围下，利用光谱分析仪对剖开样品的光谱透射率进行测量，获得光谱透射率数据，光谱分析仪与步骤(3)中原子力显微镜的检测位置为原子气室样品的同一位置；
(5)、重复步骤(3)和(4)中的操作，直至测完所有不同厚度膜层，获得不同厚度抗弛豫膜层与光谱透射率的映射关系；
(6)、利用光谱分析仪对待测的抗弛豫镀膜原子气室进行无损检测，根据步骤(5)中映射关系，求得原子气室内壁抗弛豫膜层厚度。
在上述一种原子气室内壁氢化铷抗弛豫膜层厚度的测量方法中，所述的步骤(1)中玻壳样品采用与步骤(6)中待测原子气室采用相同材质和形状规格。
在上述一种原子气室内壁氢化铷抗弛豫膜层厚度的测量方法中，所述的步骤(2)中剖开玻壳样品时需保持有氢化铷膜壁面的完整性。
在上述一种原子气室内壁氢化铷抗弛豫膜层厚度的测量方法中，所述的步骤(3)中原子力显微镜扫描区域为50μm*50μm。
在上述一种原子气室内壁氢化铷抗弛豫膜层厚度的测量方法中，所述的步骤(4)中光谱分析仪为红外波段。
在上述一种原子气室内壁氢化铷抗弛豫膜层厚度的测量方法中，所述的步骤(5)中不同厚度氢化铷膜层与光谱透射率的映射关系，为一次性测量获取。
本发明的有益效果是：
本发明利用原子力显微镜和光谱分析仪检测手段，建立内壁抗弛豫镀膜原子气室的膜层厚度与光谱透射率的映射关系，基于该映射关系能够实现对原子气室内壁抗弛豫膜层厚度的无损量化检测，可解决目前原子气室内壁氢化铷抗弛豫膜层难以有效测量的问题。
附图说明
图1为本发明中一种原子气室内壁氢化铷膜层厚度的测量方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的描述：
本发明中一种原子气室内壁氢化铷抗弛豫膜层厚度的测量方法，包括如下步骤：
(1)、制备边长10毫米、壁厚01毫米的石英材质原子气室玻壳，并在玻壳内充入100Torr的氢气和0.1毫克的铷，通过化学反应在原子气室内壁形成氢化铷抗弛豫膜层；
(2)、将抗弛豫镀膜原子气室样品放入手套箱固定，利用真空泵对手套箱抽真空，至压强小于5×10-2Pa，充入760Torr的氦气，剖开原子气室样品；
(3)、在氦气氛围下，利用原子力显微镜对剖开样品内壁的膜层厚度进行测量，获得抗弛豫膜层厚度数据；
(4)、在氦气氛围下，利用光谱分析仪对剖开样品的光谱透射率进行测量，获得光谱透射率数据，光谱分析仪与步骤(3)中原子力显微镜的检测位置为原子气室样品的同一位置；
(5)、重复步骤(3)和(4)中的操作，直至测完所有不同厚度膜层，获得不同厚度抗弛豫膜层与光谱透射率的映射关系；
(6)、利用光谱分析仪对待测的抗弛豫镀膜原子气室进行无损检测，根据步骤(5)中映射关系，求得原子气室内壁抗弛豫膜层厚度。
在上述一种原子气室内壁氢化铷抗弛豫膜层厚度的测量方法中，所述的步骤(1)中玻壳样品采用与步骤(6)中待测原子气室采用相同材质和形状规格。
在上述一种原子气室内壁氢化铷抗弛豫膜层厚度的测量方法中，所述的步骤(2)中剖开玻壳样品时需保持有氢化铷膜壁面的完整性。
在上述一种原子气室内壁氢化铷抗弛豫膜层厚度的测量方法中，所述的步骤(3)中原子力显微镜扫描区域为50μm*50μm。
在上述一种原子气室内壁氢化铷抗弛豫膜层厚度的测量方法中，所述的步骤(4)中光谱分析仪为红外波段。
在上述一种原子气室内壁氢化铷抗弛豫膜层厚度的测量方法中，所述的步骤(5)中不同厚度氢化铷膜层与光谱透射率的映射关系，为一次性测量获取。
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。
Claims (6)
1.一种原子气室内壁氢化铷抗弛豫膜层厚度的测量方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)、制备原子气室玻壳，并在玻壳内充入氢气和铷，通过化学反应在原子气室内壁形成氢化铷抗弛豫膜层；
(2)、将抗弛豫镀膜原子气室样品放入手套箱内固定，利用真空泵对手套箱抽真空，至压强小于5×10-2Pa，充入氦气，剖开原子气室样品；
(3)、在氦气氛围下，利用原子力显微镜对剖开样品内壁的膜层厚度进行测量，获得抗弛豫膜层厚度数据；
(4)、在氦气氛围下，利用光谱分析仪对剖开样品的光谱透射率进行测量，获得光谱透射率数据，光谱分析仪与步骤(3)中原子力显微镜的检测位置为原子气室样品的同一位置；
(5)、重复步骤(3)和(4)中的操作，直至测完所有不同厚度膜层，获得不同厚度抗弛豫膜层与光谱透射率的映射关系；
(6)、利用光谱分析仪对待测的抗弛豫镀膜原子气室进行无损检测，根据步骤(5)中映射关系，求得原子气室内壁抗弛豫膜层厚度。
2.根据权利要求1所述的一种原子气室内壁氢化铷抗弛豫膜层厚度的测量方法，其特征在于：所述步骤(1)中玻壳样品采用与步骤(6)中待测原子气室采用相同材质和形状规格。
3.根据权利要求1所述的一种原子气室内壁氢化铷抗弛豫膜层厚度的测量方法，其特征在于：所述步骤(2)中剖开玻壳样品时保持有氢化铷膜壁面的完整性。
4.根据权利要求1所述的一种原子气室内壁氢化铷抗弛豫膜层厚度的测量方法，其特征在于：所述步骤(3)中原子力显微镜的扫描区域为50μm*50μm。
5.根据权利要求1所述的一种原子气室内壁氢化铷抗弛豫膜层厚度的测量方法，其特征在于：所述步骤(4)中光谱分析仪为红外波段。
6.根据权利要求1所述的一种原子气室内壁氢化铷抗弛豫膜层厚度的测量方法，其特征在于：所述步骤(5)中不同厚度氢化铷膜层与光谱透射率的映射关系，为一次性测量获取。
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