CN114864127A - 一种集成化二维激光冷却原子的玻璃真空腔体装置 - Google Patents

一种集成化二维激光冷却原子的玻璃真空腔体装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种集成化二维激光冷却原子的玻璃真空腔体装置，包括差分玻璃片，差分玻璃片中心开设有差分孔，差分玻璃片一面镀有反射膜，还包括真空腔体，真空腔体为由第一玻璃窗片、第三玻璃窗片、第二玻璃窗片和第四玻璃窗片密封连接围成的长方体腔体且两端开口，第一玻璃窗片和第二玻璃窗片相对设置，第三玻璃窗片和第四玻璃窗片相对设置，第一玻璃窗片和第四玻璃窗片的内侧均设置有反射膜。本发明将陶瓷电极片与真空腔体密封连接，陶瓷电极片上设置的金属电极与碱金属释放剂焊接，满足了碱金属原子释放和冷却通光的需求，避免了使用纯碱金属氧化的风险，简化了结构，降低了加工工艺的要求的同时也减轻了装置的体积和重量。

Description

一种集成化二维激光冷却原子的玻璃真空腔体装置
技术领域
本发明涉及量子传感技术领域，更具体的涉及一种集成化二维激光冷却原子的玻璃真空腔体装置，适用于原子快速冷却装载，应用在原子干涉精密测量、原子惯性传感技术等领域。
背景技术
随着激光冷却原子技术的发展，基于原子的物质波干涉在精密测量方面表现出较高的测量精度潜力，正逐步应用于重力、重力梯度和转动的测量中。冷原子团作为原子干涉的介质，囚禁冷原子团便是实现干涉测量的第一步操作。在原子干涉惯性传感装置中，为实现冷原子团的快速装载，二维磁光阱便是其中必不可少的一种技术途径。而集成化的二维原子冷却玻璃腔体是解决原子干涉惯性传感器工程化应用的关键之一。原子在二维磁光阱装载的实现需要有超高真空环境、通光的玻璃窗口和参与干涉的原子，此处的原子主要是易于激光冷却的碱金属原子，如钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)等元素。为满足以上条件，现有的加装碱金属原子的方式和金属真空装置结构较为复杂，体积较大，不利于原子干涉惯性传感器的工程化应用。碱金属加装目前常用的方法，是将密封在真空玻璃管中的碱金属原子通过铜管与真空腔体密封连接，在真空腔体完成真空抽取后，使用外力将铜管挤压变形，导致里面的玻璃管破裂，碱金属原子得以释放，此时高真空环境可以很好的保护碱金属得以完整保存。上述方法需要额外的金属部件将铜管与真空腔体密封连接，同时受限于碱金属原子填充到玻璃管中的工艺方法，很难压缩其体积，所以外围的铜管尺寸也无法做小。金属真空装置中需要安装玻璃窗片，而真空密封玻璃窗片需要较大的重叠区域，使得金属真空装置的通光有效面积比较受限，同时体积也无法进一步减小。采用碱金属释放剂和真空玻璃腔体结构可有效提高装置的通光面积，减小装置的体积和重量，达到集成化的目的。
发明内容
本发明的目的是在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种集成化二维激光冷却原子的玻璃真空腔体装置，可以满足碱金属原子释放和通光窗口的需求。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
一种集成化二维激光冷却原子的玻璃真空腔体装置，包括差分玻璃片，差分玻璃片中心开设有差分孔，差分玻璃片一面镀有反射膜，还包括真空腔体，真空腔体为由第一玻璃窗片、第三玻璃窗片、第二玻璃窗片和第四玻璃窗片密封连接围成的长方体腔体且两端开口，第一玻璃窗片和第二玻璃窗片相对设置，第三玻璃窗片和第四玻璃窗片相对设置，第一玻璃窗片和第四玻璃窗片的内壁均设置有反射膜，第一玻璃窗片和第四玻璃窗片的内侧均设置有1/4波片，还包括陶瓷电极片，陶瓷电极片中心开设有通光孔，通光孔上设有推载光窗片，陶瓷电极片内侧设置有多个碱金属释放剂，陶瓷电极片外侧电镀有多对金属电极，一个碱金属释放剂对应一对金属电极，每对金属电极分别设置在陶瓷电极片外侧对应于碱金属释放剂两端的位置，每对金属电极均穿过陶瓷电极片与对应碱金属释放剂两端焊接，真空腔体一开口端面与差分玻璃片镀有反射膜的一面密封连接，真空腔体另一开口端面与陶瓷电极片内侧密封连接。
如上所述的第二玻璃窗片和第三玻璃窗片内外侧均镀有增透膜。
如上所述的多个碱金属释放剂均匀分布在通光孔两侧且平行设置。
如上所述的真空腔体与陶瓷电极片、真空腔体与差分玻璃片均通过阳极键合或环氧树脂胶密封连接。
如上所述的陶瓷电极片上开设有电极孔，金属电极一端穿过电极孔与碱金属释放剂连接，金属电极另一端与导线连接。
如上所述的陶瓷电极片外侧和电极孔进行陶瓷金属化处理，金属电极位于电极孔内的部分在电极孔内密封填充。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
1、将陶瓷电极片与真空腔体密封连接，陶瓷电极片上设置的金属电极与碱金属释放剂焊接，满足了碱金属原子释放和冷却通光的需求，避免了使用纯碱金属氧化的风险，简化了结构，降低了加工工艺的要求，同时也减轻了装置的体积和重量。
2、使用玻璃真空腔体减小了部件的体积，碱金属释放剂作为原子源可有效控制原子的释放量，同时将玻璃窗体结合反射膜作为玻璃真空腔体的结构面可实现二维磁光阱，简化了整体结构，有利于原子干涉惯性传感器的工程化应用。
附图说明
图1为整体结构示意图；
图2为真空腔体示意图，(a)为侧视图，(b)为后视图；
图3为陶瓷电极片示意图，(a)为主视图，(b)为侧视图，(c)为后视图；
图4为差分玻璃窗片示意图；
图中：1-差分玻璃片，2-真空腔体，3-陶瓷电极片，4-第一玻璃窗片，5-第二玻璃窗片，6-第三玻璃窗片，7-第四玻璃窗片，8-1/4波片，9-第一金属电极对，10-第二金属电极对，11-第三金属电极对，12-第四金属电极对，13-推载光窗片，14-第一碱金属释放剂，15-第二碱金属释放剂，16-第三碱金属释放剂，17-第四碱金属释放剂，18-差分孔。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
一种集成化二维激光冷却原子的玻璃真空腔体装置，包括差分玻璃片1，差分玻璃片1中心开设有差分孔18，差分玻璃片1一面镀有反射膜，还包括真空腔体2，真空腔体2为由第一玻璃窗片4、第三玻璃窗片6、第二玻璃窗片5和第四玻璃窗片7密封连接围成的长方体腔体且两端开口，第一玻璃窗片4和第二玻璃窗片5相对设置，第三玻璃窗片6和第四玻璃窗片7相对设置，第一玻璃窗片4和第四玻璃窗片7的内壁均设置有反射膜，第一玻璃窗片4和第四玻璃窗片7的内侧均设置有1/4波片8，还包括陶瓷电极片3，陶瓷电极片3中心开设有通光孔，通光孔上设有推载光窗片13，陶瓷电极片3内侧设置有多个碱金属释放剂，陶瓷电极片3外侧电镀有多对金属电极，一个碱金属释放剂对应一对金属电极，每对金属电极分别设置在陶瓷电极片3外侧对应于碱金属释放剂两端的位置，每对金属电极均穿过陶瓷电极片3与对应碱金属释放剂两端焊接，真空腔体2一开口端面与差分玻璃片1镀有反射膜的一面密封连接，真空腔体2另一开口端面与陶瓷电极片3内侧密封连接。
第二玻璃窗片5和第三玻璃窗片6内、外侧均镀有增透膜。
在本实施例中，4个碱金属释放剂两个为一组均匀分布在通光孔两侧且平行设置。
真空腔体2与陶瓷电极片3、真空腔体2与差分玻璃片1均通过阳极键合或环氧树脂胶密封连接。
陶瓷电极片3上开设有电极孔，金属电极一端穿过电极孔与碱金属释放剂连接，金属电极另一端与导线连接。
首先设置真空腔体2，四片玻璃窗片边沿均留出适当宽度不镀膜，用于密封连接形成真空腔体2，第一玻璃窗片4和第四玻璃窗片7上均通过光胶方法粘接有1/4波片，将镀有反射膜的第一玻璃窗片4、镀有增透膜的第三玻璃窗片6、镀有增透膜的第二玻璃窗片5和镀有反射膜的第四玻璃窗片7依次进行密封连接围成一个长方体形状且两端开放的腔体，操作中需使用模具进行夹持操作，保证四个玻璃窗片的平行和两个开放端面的平行，设置完成后进行真空捡漏处理。
本实施例中，陶瓷电极片3上开设有8个电极孔，首先对陶瓷电极片3内外侧以及电极孔进行抛光处理，然后对陶瓷电极片3(包括电极孔)整体进行陶瓷金属化，通过上述处理使得金属电极位于电极孔的部分在电极孔内可实现密封填充，由于碱金属释放剂可通过电流加热发生氧化还原反应置换出碱金属原子，为实现碱金属原子的定量可控的释放，可以根据需要设置相应数量的碱金属释放剂以及与碱金属释放剂数量对应的金属电极，本实施例中陶瓷电极片3背面平行设置有4个碱金属释放剂，陶瓷电极片3正面相应的电镀设置有4对金属电极对，如图3所示，分别为第一金属电极对9、第二金属电极对10、第三金属电极对11和第四金属电极对12，陶瓷电极片3上与金属电极对应的开设有8个电极孔，电极孔位于碱金属释放剂端部的位置，在金属电极穿过电极孔后将金属电极位于电极孔的部分与电极孔壁进行焊接密封，真空捡漏后，金属电极一端与对应位置的碱金属释放剂端部通过氩焊焊接，金属电极的另一端作为碱金属释放剂的外部供电引脚均与导线焊接，碱金属释放剂作为真空腔体2内部的碱金属源，通光孔外使用氢氧根催化键合或环氧树脂胶密封连接镀有增透膜的推载光窗片13，完成后进行真空捡漏处理。此处所描述的金属电极可选用可伐合金或钛合金等材料。
差分玻璃片1中心切割的差分孔18直径为1mm，差分玻璃片1一面内侧镀有反射膜用于激光反射。
将陶瓷电极片3使用阳极键合或环氧树脂胶的方式，将其密封连接到真空腔体2的一个开口端面，将差分玻璃片1使用阳极键合或环氧树脂胶的方式，将其密封连接到真空腔体2的另一个开口端面，完成后进行真空捡漏处理。
对金属电极通电加热碱金属释放剂从而释放出碱金属原子，冷却激光通过第二玻璃窗片5和第三玻璃窗片6对真空腔体2中的碱金属原子进行冷却囚禁，推载激光通过推载光窗片13将原子束穿过差分孔18推到干涉区域进行三维冷却或进行干涉。
以上实施方式中玻璃与玻璃密封连接方式可选择氢氧根催化键合或环氧树脂胶粘接，玻璃与陶瓷密封连接方式可选择阳极键合或环氧树脂胶粘接，金属与金属密封连接方式可选择氩焊。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种集成化二维激光冷却原子的玻璃真空腔体装置，包括差分玻璃片(1)，其特征在于，差分玻璃片(1)中心开设有差分孔(18)，差分玻璃片(1)一面镀有反射膜，
还包括真空腔体(2)，真空腔体(2)为由第一玻璃窗片(4)、第三玻璃窗片(6)、第二玻璃窗片(5)和第四玻璃窗片(7)密封连接围成的长方体腔体且两端开口，第一玻璃窗片(4)和第二玻璃窗片(5)相对设置，第三玻璃窗片(6)和第四玻璃窗片(7)相对设置，第一玻璃窗片(4)和第四玻璃窗片(7)的内壁均设置有反射膜，第一玻璃窗片(4)和第四玻璃窗片(7)的内侧均设置有1/4波片(8)，
还包括陶瓷电极片(3)，陶瓷电极片(3)中心开设有通光孔，通光孔上设有推载光窗片(13)，陶瓷电极片(3)内侧设置有多个碱金属释放剂，陶瓷电极片(3)外侧电镀有多对金属电极，一个碱金属释放剂对应一对金属电极，每对金属电极分别设置在陶瓷电极片(3)外侧对应于碱金属释放剂两端的位置，每对金属电极均穿过陶瓷电极片(3)与对应碱金属释放剂两端焊接，
真空腔体(2)一开口端面与差分玻璃片(1)镀有反射膜的一面密封连接，真空腔体(2)另一开口端面与陶瓷电极片(3)内侧密封连接。
2.根据权利要求1所述的一种集成化二维激光冷却原子的玻璃真空腔体装置，其特征在于，所述的第二玻璃窗片(5)和第三玻璃窗片(6)外侧均镀有增透膜。
3.根据权利要求1所述的一种集成化二维激光冷却原子的玻璃真空腔体装置，其特征在于，所述的多个碱金属释放剂均匀分布在通光孔两侧且平行设置。
4.根据权利要求1所述的一种集成化二维激光冷却原子的玻璃真空腔体装置，其特征在于，所述的真空腔体(2)与陶瓷电极片(3)、真空腔体(2)与差分玻璃片(1)均通过阳极键合或环氧树脂胶密封连接。
5.根据权利要求1所述的一种集成化二维激光冷却原子的玻璃真空腔体装置，其特征在于，所述的陶瓷电极片(3)上开设有电极孔，金属电极一端穿过电极孔与碱金属释放剂连接，金属电极另一端与导线连接。
6.根据权利要求5所述的一种集成化二维激光冷却原子的玻璃真空腔体装置，其特征在于，所述的陶瓷电极片(3)外侧和电极孔进行陶瓷金属化处理，金属电极位于电极孔内的部分在电极孔内密封填充。
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