常温工作的三室原子气泡的制作方法

本发明属于原子物理及光谱学研究领域，具体涉及一种可在较常温度下工作的三室原子气泡装置。

背景技术：

在原子物理、原子钟、高精度磁力测量等光谱学研究领域，经常需要以原子的跃迁线作为频率基准，观测光与原子的相互作用现象。在具体的实施过程中，需要充满气态原子的原子气泡。旧的方案一般采用透光的派克斯玻璃制作真空泡，内部加入少量固态原子，然后通过高温使气泡内原子的饱和蒸汽压升高，从而提高内部气态原子的密度，制备足够量的原子以进行分析和测试工作。

这种方案存在很多问题，首先高温物体会存在很强的红外辐射，从而产生红外光噪声影响精密测量。其次耐高温而又可以通光的材料比较罕见，部分饱和蒸汽压较低的原子，若想制备足够的原子密度需要加热到非常高的温度，已经高过普通材料的温度上限。本发明从这一角度出发，提出了一种可以允许主体材料较常温度下工作而制备大量气态原子的三室原子气泡结构。

技术实现要素：

本发明采用模块分离的办法，将主体的光与原子相互作用区域与原子制备区、原子收集区分开，并以隔热材料相连接。这样原子制备区的高温就不会传导到主体结构上，从而使通光路径上不存在高温辐射。

为了使提供气泡的工作寿命，本发明对气泡内的原子重复利用。本发明设计的原子制备区和原子收集区可以互换，这样当旧的原子制备区固体原子挥发殆尽时，大量的原子其实已经转移到了旧的原子收集区。通过功能互换，以旧的原子收集区作为新的原子制备区，旧的原子制备区作为新的原子收集区。这样气泡内原子材料的储量对气泡寿命的影响就大大减小，整体工作寿命可以数倍延长。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1.红外辐射小。因为主体的光与原子相互作用区处于常温状态，不会有很高的红外辐射。

2.适用性强。很多沸点高，同样温度下饱和蒸汽压相对很低的众多原子都可以使用这种气泡。

3.工作寿命长。因为主体结构可以保持常温，材料老化速率很慢；另外气泡内原子可以循环使用，不会受储量限制。

附图说明

图1：展示了三室原子气泡的结构图。

具体实施方式

图1是本发明的结构图。其中

1-气泡主体，采用透射性能良好的材料制作。气泡主体两侧开口，通过隔热材料与原子炉2、3相连，三者可以各自以不同的温度独立工作。

2、3-原子炉，采用导热性好的耐高常温材料制作，通过隔热材料与气泡主体1相连。通过加热/制冷器4、5可以控制原子炉分别工作于高温、常温状态。原子炉内存有固态原子材料。

4、5-加热/制冷器，采用Peltier效应半导体薄膜实现。通过内部电流的方向可以实现对原子炉2、3加热或制冷的效果。

6、7、8、9-连接头。是加热/制冷器4、5的电流输入口。通过引线与温度控制器10相连。

10-温度控制器，大功率电流源。通过连接头6、7、8、9与加热/制冷器4、5相连。通过大电流输出，使加热/制冷器4、5分别工作于加温、降温状态。

11、12-入射和出射光信号。入射光信号11在路径上与气泡主体内的原子发生相互作用后，对出射光信号12进行结果测量，以满足多种应用。

13-流动原子。从原子制备区原子炉内喷出的原子充满整个系统，并在原子收集区原子炉内凝结，此过程中，原子在气泡主体1内流动，从而可以与入射光信号11发生作用，实现原子气泡的功能。

本发明中，器件1～3为原子气泡的主体部分，4～10为原子气泡的温度控制部分，是制备原子的驱动模块，13为制备的结果，11、12为外部光信号，用以说明气泡如何发挥作用。

首先可以设置2为原子制备区，在其中存储大量原子材料。通过10产生大电流，使4工作于加热状态，5工作于制冷状态。这样2的温度会升高，产生大量的原子气体。原子气体充满整个结构。但由于炉外环境温度低，饱和蒸汽压也很低，原子无法保持气态，因此会凝华到凝结核上。此时由于5的制冷效果，3会的温度远低于1，成为原子收集区，因此气态原子会大量凝华在这个区域，而非1中。原子在从2流向3的过程中产生13，可以与11反应产生12，从而实现原子气泡的功能。当2中原子材料消耗完后，3中会收集到绝大部分，此时设置3为原子制备区，同时4工作于制冷状态，5工作于加热状态，原子材料就可以再次利用，从而大大延长整体系统的使用寿命。