[发明专利]微型原子蒸汽泡制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及原子蒸汽泡，具体是一种基于非硅工艺的微型原子蒸汽泡制作 方法。

背景技术

原子蒸汽泡是微型磁力计、微型原子钟、微型核磁共振陀螺等微型原子光 学器件的核心元件。目前，较常采用的原子蒸汽泡制作方法有以下几种：1、 吹玻璃法，采用侧壁带有通气管的玻璃管，将两光学玻璃片通过熔融法或化学 键合法与玻璃管两个端面连接固定，通过玻璃管侧壁的通气管抽空玻璃管内的 空气，然后通过玻璃管侧壁的通气管向玻璃管内充入所需的惰性气体和碱性金 属蒸汽，最后将通气管熔融密封，即得到原子蒸汽泡；以该法制作原子蒸汽泡 的成本比较高，难于大规模生产，而且在以该法制作横截面小于1cm尺寸的原 子蒸汽泡比较困难。

2、熔融空心光纤法，由NIST于2003年为实现原子蒸汽泡体积微型化而 提出，该法利用了激光加热、焊接的方法，即将一段空心光纤的两端用激光焊 封，在空心光纤的侧壁开设通孔，并将细进气管与空心光纤的侧壁通孔通过激 光焊接的方法固定连接，通过进气管抽空空心光纤内的空气，然后通过进气管 向空心光纤内充入所需的惰性气体和碱性金属蒸汽，最后将进气管熔融密封， 即得到原子蒸汽泡；但是在实现进气管与空心光纤壁孔的焊接时，工艺要求比 较高，不易实现。

3、利用MEMS工艺来制作原子蒸汽泡，在抛光的硅片上刻蚀出一与硅片 顶面、底面垂直的通孔，将硅片的底面与一玻璃片进行阳极键合后，放入充有 所需惰性气体和碱性金属蒸汽的密封容器中，再将另一玻璃片盖到硅片顶面， 进行第二次阳极键合，即得到原子蒸汽泡。该法可以实现原子蒸汽泡的微型化， 便于大规模生产，但是要求配备专用键合设备，制作成本很高。

发明内容

本发明为了解决现有制作微型原子蒸汽泡的方法对工艺、设备要求高，导 致制作成本过高的问题，提供了一种实现简单、底成本的微型原子蒸汽泡制作 方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：微型原子蒸汽泡制作方法，制作步骤 如下：

1、选取具有两平行端面的微型玻璃腔，并在微型玻璃腔的腔体侧壁开设 一个直径为0.8-1mm的通孔；其中，微型玻璃腔的大小根据具体需要选择；所 述微型玻璃腔对于玻璃制造领域的技术人员来说能够批量实现；

2、选取侧壁上设有锡化锌玻璃窗口的密闭玻璃器皿，并在密闭玻璃器皿 内悬置与锡化锌玻璃窗口正对的玻璃棒，在密闭玻璃器皿外设置用于加热密闭 玻璃器皿的加热带；

3、将微型玻璃腔置于密闭玻璃器皿内，并放置在玻璃棒的正下方，且使 微型玻璃腔上的通孔与玻璃棒正对，抽空密闭玻璃器皿内的空气，使密闭玻璃 器皿内的真空度至少达到10^-6托，然后同时向密闭玻璃器皿内充入惰性气体 (如：氮气)和碱性金属蒸气(如：铷、铯)；其中，惰性气体、碱性金属蒸 气向密闭玻璃器皿内充入时的各项参数(如：压强、密度)根据微型原子蒸汽 泡具体应用器件(如：微型磁力计、微型原子钟、微型核磁共振陀螺等)的不 同而不同，且针对相同应用器件不同的性能要求也会有所不同，同时，针对不 同应用器件的要求、及相同应用器件的不同要求，惰性气体、碱性金属蒸气在 向密闭玻璃器皿内充入时的各项参数为本技术领域的技术人员所公知；

4、通过加热带对密闭玻璃器皿加热，使密闭玻璃器皿内的温度保持在 120℃-130℃；1-2小时后，采用激光器通过锡化锌玻璃窗口对密闭玻璃器皿内 的玻璃棒端部进行大功率激光照射，直至激光的能量使玻璃棒端部溶化为玻璃 小液珠，玻璃小液珠由玻璃棒端部滴落在微型玻璃腔的通孔处，将通孔密封； 其中，对密闭玻璃器皿加热的目的是为了使密闭玻璃器皿内的惰性气体和碱性 金属蒸气均匀混合，尤其加热至120℃-130℃，气体分子的活跃性极为利于惰 性气体和碱性金属蒸气的混合；另外，玻璃小液珠对微型玻璃腔上通孔处的密 封，主要应用了玻璃小液珠的表面张力效应，使得玻璃小液珠不会经通孔掉入 玻璃腔内，而是停留在通孔处将通孔密封；