專利名稱：微型原子蒸汽泡制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及原子蒸汽泡，具體是一種基于非硅工藝的微型原子蒸汽泡制作 方法。
背景技術：
原子蒸汽泡是微型磁力計、微型原子鐘、微型核磁共振陀螺等微型原子光 學器件的核心元件。目前，較常采用的原子蒸汽泡制作方法有以下幾種1、 吹玻璃法，采用側(cè)壁帶有通氣管的玻k管，將兩光學玻璃片通過熔融法或化學 鍵合法與玻璃管兩個端面連接固定，通過玻璃管側(cè)壁的通氣管抽空玻璃管內(nèi)的 空氣，然后通過玻璃管側(cè)壁的通氣管向玻璃管內(nèi)充入所需的惰性氣體和堿性金 屬蒸汽，最后將通氣管熔融密封，即得到原子蒸汽泡；以該法制作原子蒸汽泡 的成本比較高，難于大規(guī)模生產(chǎn)，而且在以該法制作橫截面小于lcm尺寸的原 子蒸汽泡比較困難。
2、熔融空心光纖法，由NIST于2003年為實現(xiàn)原子蒸汽泡體積微型化而 提出，該法利用了激光加熱、焊接的方法，即將一段空心光纖的兩端用激光焊 封，在空心光纖的側(cè)壁開設通孔，并將細進氣管與空心光纖的側(cè)壁通孔通過激 光焊接的方法固定連接，通過進氣管抽空空心光纖內(nèi)的空氣，然后通過進氣管 向空心光纖內(nèi)充入所需的惰性氣體和堿性金屬蒸汽，最后將進氣管熔融密封， 即得到原子蒸汽泡；但是在實現(xiàn)進氣管與空心光纖壁孔的焊接時，工藝要求比 較高，不易實現(xiàn)。光的硅片上刻蝕出一與硅片 頂面、底面垂直的通孔，將硅片的底面與一玻璃片進行陽極鍵合后，放入充有 所需惰性氣體和堿性金屬蒸汽的密封容器中，再將另一玻璃片蓋到硅片頂面， 進行第二次陽極鍵合，即得到原子蒸汽泡。該法可以實現(xiàn)原子蒸汽泡的微型化， 便于大規(guī)模生產(chǎn)，但是要求配備專用鍵合設備，制作成本很高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有制作微型原子蒸汽泡的方法對工藝、設備要求高，導 致制作成本過高的問題，提供了一種實現(xiàn)簡單、底成本的微型原子蒸汽泡制作方法。
本發(fā)明是采用如下技術方案實現(xiàn)'的微型原子蒸汽泡制作方法，制作步驟 如下
1、 選取具有兩平行端面的微型玻璃腔，并在微型玻璃腔的腔體側(cè)壁開設 一個直徑為0.8-lmm的通孔；其中，微型玻璃腔的大小根據(jù)具體需要選擇；所 述微型玻璃腔對于玻璃制造領域的技術人員來說能夠批量實現(xiàn)；
2、 選取側(cè)壁上設有錫化鋅玻璃窗口的密閉玻璃器皿，并在密閉玻璃器皿
內(nèi)懸置與錫化鋅玻璃窗口正對的玻璃棒，在密閉玻璃器皿外設置用于加熱密閉
玻璃器皿的加熱帶；
3、 將微型玻璃腔置于密閉玻璃器皿內(nèi)，并放置在玻璃棒的正下方，且使 微型玻璃腔上的通孔與玻璃棒正對，抽空密閉玻璃器皿內(nèi)的空氣，使密閉玻璃 器皿內(nèi)的真空度至少達到10—6托，然后同時向密閉玻璃器皿內(nèi)充入惰性氣體
(如氮氣)和堿性金屬蒸氣(如銣、銫)；其中，惰性氣體、堿性金屬蒸 氣向密閉玻璃器皿內(nèi)充入時的各項參數(shù)(如壓強、密度)根據(jù)微型原子蒸汽泡具體應用器件(如微型磁力計、微型原子鐘、微型核磁共振陀螺等)的不 同而不同，且針對相同應用器件不同的性能要求也會有所不同，同時，針對不 同應用器件的要求、及相同應用器件的不同要求，惰性氣體、堿性金屬蒸氣在 向密閉玻璃器皿內(nèi)充入時的各項參數(shù)為本技術領域的技術人員所公知；
4、 通過加熱帶對密閉玻璃器皿加熱，使密閉玻璃器皿內(nèi)的溫度保持在 120°C-130°C; l-2小時后，采用激光器通過錫化鋅玻璃窗口對密閉玻璃器皿內(nèi) 的玻璃棒端部進行大功率激光照射，直至激光的能量使玻璃棒端部溶化為玻璃 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處，將通孔密封；
其中，對密閉玻璃器皿加熱的目的是為了使密閉玻璃器皿內(nèi)的惰性氣體和堿性
金屬蒸氣均勻混合，尤其加熱至120lC-130°C，氣體分子的活躍性極為利于惰 性氣體和堿性金屬蒸氣的混合；另外，玻璃小液珠對微型玻璃腔上通孔處的密 封，主要應用了玻璃小液珠的表面張力效應，使得玻璃小液珠不會經(jīng)通孔掉入 玻璃腔內(nèi)，而是停留在通孔處將通孔密封；
5、 停止對密閉玻璃器皿的加熱，待密閉玻璃器皿內(nèi)的溫度降至室溫后， 將密封好的微型玻璃腔由密閉玻璃器皿內(nèi)取出；對微型玻璃腔的平行端面進行 打磨，使微型玻璃腔的平行端面達到一級光潔度，然后在微型玻璃腔的平行端 面上鍍設能減小入射光損耗的增透膜，即得微型原子蒸汽泡成品。其中，增透 膜的選擇決定了入射光的透射波長，需根據(jù)微型原子蒸汽泡具體應用器件(如 微型磁力計、微型原子鐘、微型核磁共振陀螺等)的不同、及相同應用器件的 不同性能要求進行選擇，且增透膜如何選擇為本技術領域的技術人員所公知。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明巧妙的利用玻璃小液珠密封微型玻璃腔，玻璃小 液珠以激光照射玻璃棒得到，可實施性強，無需配備專用設備，降低了原子蒸汽泡的制作成本，以簡單的裝置和工藝實現(xiàn)了微型原子蒸汽泡的制作。本發(fā)明 工藝簡單、合理，應用裝置簡單，制作成本低廉，適用于制作微型體積的原子 蒸汽泡，意義重要。
具體實施例方式
微型原子蒸汽泡制作方法，制作步驟如下
1、 選取具有兩平行端面的微型玻璃腔，并在微型玻璃腔的腔體側(cè)壁開設 一個直徑為0.8-lmm的通孔；
2、 選取側(cè)壁上設有錫化鋅玻璃窗口的密閉玻璃器皿，并在密閉玻璃器皿 內(nèi)懸置與錫化鋅玻璃窗口正對的玻璃棒，在密閉玻璃器皿外設置用于加熱密閉
玻璃器皿的加熱帶； '
3、 將微型玻璃腔置于密閉玻璃器皿內(nèi)，并放置在玻璃棒的正下方，且使
微型玻璃腔上的通孔與玻璃棒正對，抽空密閉玻璃器皿內(nèi)的空氣，使密閉玻璃
器皿內(nèi)的真空度至少達到10—6托，然后同時向密閉玻璃器皿內(nèi)充入惰性氣體 (如氮氣)和堿性金屬蒸氣(如銣、銫)；
4、 通過加熱帶對密閉玻璃器皿加熱，使密閉玻璃器皿內(nèi)的溫度保持在 120°C-130°C; l-2小時后，采用激光器通過錫化鋅玻璃窗口對密閉玻璃器皿內(nèi) 的玻璃棒端部進行大功率激光照射，直至激光的能量使玻璃棒端部溶化為玻璃 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處，將通孔密封；
5、 停止對密閉玻璃器皿的加熱，待密閉玻璃器皿內(nèi)的溫度降至室溫后， 將密封好的微型玻璃腔由密閉玻璃器皿內(nèi)取出；對微型玻璃腔的平行端面進行 打磨，使微型玻璃腔的平行端面達到一級光潔度，然后在微型玻璃腔的平行端 面上鍍設能減小入射光損耗的增透膜，即得微型原子蒸汽泡成品。
權利要求
1、一種微型原子蒸汽泡制作方法，其特征在于制作步驟如下(1)、選取具有兩平行端面的微型玻璃腔，并在微型玻璃腔的腔體側(cè)壁開設一個直徑為0.8-1mm的通孔；(2)、選取側(cè)壁上設有錫化鋅玻璃窗口的密閉玻璃器皿，并在密閉玻璃器皿內(nèi)懸置與錫化鋅玻璃窗口正對的玻璃棒，在密閉玻璃器皿外設置用于加熱密閉玻璃器皿的加熱帶；(3)、將微型玻璃腔置于密閉玻璃器皿內(nèi)，并放置在玻璃棒的正下方，且使微型玻璃腔上的通孔與玻璃棒正對，抽空密閉玻璃器皿內(nèi)的空氣，使密閉玻璃器皿內(nèi)的真空度至少達到10-6托，然后同時向密閉玻璃器皿內(nèi)充入惰性氣體和堿性金屬蒸氣；(4)、通過加熱帶對密閉玻璃器皿加熱，使密閉玻璃器皿內(nèi)的溫度保持在120℃-130℃；1-2小時后，采用激光器通過錫化鋅玻璃窗口對密閉玻璃器皿內(nèi)的玻璃棒端部進行大功率激光照射，直至激光的能量使玻璃棒端部溶化為玻璃小液珠，玻璃小液珠由玻璃棒端部滴落在微型玻璃腔的通孔處，將通孔密封；(5)、停止對密閉玻璃器皿的加熱，待密閉玻璃器皿內(nèi)的溫度降至室溫后，將密封好的微型玻璃腔由密閉玻璃器皿內(nèi)取出；對微型玻璃腔的平行端面進行打磨，使微型玻璃腔的平行端面達到一級光潔度，然后在微型玻璃腔的平行端面上鍍設能減小入射光損耗的增透膜，即得微型原子蒸汽泡成品。
全文摘要
本發(fā)明涉及原子蒸汽泡，具體是一種微型原子蒸汽泡制作方法。解決了現(xiàn)有制作微型原子蒸汽泡的方法對工藝、設備要求高，而導致制作成本過高的問題，步驟如下選取有兩平行端面、側(cè)壁開有小直徑通孔的微型玻璃腔；置于側(cè)壁上設有錫化鋅玻璃窗口的密閉玻璃器皿內(nèi)，放在懸置于密閉玻璃器皿內(nèi)的玻璃棒的正下方，通孔正對玻璃棒，對密閉玻璃器皿抽真空，充入惰性氣體、堿性金屬蒸氣；加熱密閉玻璃器皿，用激光器經(jīng)錫化鋅玻璃窗口對玻璃棒端部大功率激光照射，玻璃棒溶化為玻璃小液珠，滴落在通孔處，密封通孔；取出；打磨微型玻璃腔平行端面，鍍設增透膜。工藝簡單、合理，應用裝置簡單，制作成本低廉，適用于制作微型體積的原子蒸汽泡，意義重大。
文檔編號G01C19/60GK101598772SQ20091007457
公開日2009年12月9日 申請日期2009年6月26日 優(yōu)先權日2009年6月26日
發(fā)明者任小紅, 俊 劉, 焦新泉, 麗 秦, 荊彥鋒, 閆樹斌 申請人:中北大學
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