一种微小型原子气室的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于原子气室技术领域，具体涉及一种微小型原子气室的制作方法。
【背景技术】
[0002]原子气室是原子器件的核心工作部分，是在一定形状的通光壳体内，密闭封装一定数量和成分的气体和碱金属原子，根据气室用途的不同，气体的成分和压力各有不同，碱金属的种类也不同，但作为原子气室，为便于外界光、热、磁场等对气室内原子的调控，技术要求包含:通光面较高的光学加工精度、对特定波长具有较高的光强透过率和较低的材料内应力等；气密性良好，以此保障内部气体成分纯度高，压力准确，碱金属原子数量稳定。目前，原子气室玻壳制作一般采用传统的玻璃烧结技术或“微加工+阳极键合”技术制作。传统的玻璃烧结技术采用高温将玻璃熔化再成型，主要由玻璃灯工操作，火焰温度高且不均匀，冷却后玻璃内应力较大；同时，零件的通光面加工精度无法控制，尤其在微小型原子气室制作中难以实现满足原子气室要求的玻壳加工。“微加工+阳极键合”技术是采用微加工方法进行部分零件的加工成型，最后通过阳极键合技术将不同部分组装在一起，完成气室制作。微加工实现的通光面的光学精度较低，键合过程存在瞬间高温，冷却过程中易在材料内产生应力，同时后续充原子操作多在手套箱内完成，难以进行超高真空处理，导致气室内气体和原子成分不纯，影响后续器件的最终精度。因此，仅在现有技术方案的基础上进行工艺改进难以满足高精度原子器件对气室的技术要求，需设计一种新的玻壳制作方法，完成高精度、低应力、高纯度的气室制作。
【发明内容】
[0003]本发明需要解决的技术问题为:现有的微小型原子气室制作方法制作出的原子气室难以满足高精度原子器件对气室高精度、低应力、高纯度的技术要求。
[0004]本发明的技术方案如下所述:
[0005]—种微小型原子气室的制作方法，包括选材切割、零件抛光、组装、表面抛光、安装排气管和后续处理的步骤。
[0006]其中，所述选材切割的步骤依据所需原子气室的尺寸要求选择对应尺寸规格的平板玻璃作为原材料，然后将所述原材料切割并加工成能组装成原子气室立方体玻壳的零件；
[0007]所述零件抛光的步骤是将切割好的零件在组装时相互接触的面抛光至具备光胶的表面精度；
[0008]所述组装的步骤是将经过抛光的零件按照对应的规格尺寸组装成为原子气室立方体玻壳，组装时经过抛光的两个面接触后即可形成牢固的光胶组装；
[0009]所述表面抛光的步骤是对组装好的气室玻壳外表面进行抛光处理，使整个气室玻壳外表面光滑，同时使其通光面的表面光学质量满足气室通光面要求，还使被用于光胶的位置达到光胶的表面精度；
[0010]所述安装排气管的步骤是将排气管的一个端面抛光至满足光胶要求后光胶至气室玻壳的对应位置处，用作后续接入真空排气台的接口 ；
[0011]所述后续处理是对组装好的气室玻壳进行化学清洗、烘干，通过玻璃烧结接入真空系统，进行真空处理，然后将碱金属转移至玻壳内，并充入工作气体，最终通过玻璃烧结脱尚真空系统，完成气室制作。
[0012]优选的，所述作为原材料的平板玻璃的热胀系数优于3.3*10 6K 1O
[0013]优选的，所述选材切割步骤中，选用原材料平板玻璃的厚度与气室玻壳的厚度相同，平板玻璃被切割成至少六个彼此独立的平面零件，所述六个彼此相互独立的平面零件拼装在一起构成所述尺寸规格要求的气室玻壳，并在六个平面零件中任意一个平面零件沿其厚度方向的中心开设有通孔。
[0014]优选的，所述选材切割步骤中，选用厚度与气室玻壳的厚度相同和厚度与气室玻壳的长或宽或高三者中任一量相同的平板玻璃，将两种原料平板玻璃中厚度大的平板玻璃切成方框状零件，厚度小的平板玻璃切割成上、下底部零件，方框状零件和上、下底部零件组装后即为所需尺寸的气室玻壳；切割完成后选择方框状零件四面中任意一面或上、下底部零件中的任一零件在其厚度方向开设通孔。
[0015]优选的，所述选材切割步骤中，选用厚度与气室玻壳的厚度相同和厚度与气室玻壳的长或宽或高三者中任一量相同的平板玻璃，将两种原料平板玻璃中厚度大的平板玻璃切成方箱状零件，厚度小的平板玻璃切割成底部零件，方箱状零件和底部零件组装后即为所需尺寸的气室玻壳；切割完成后选择方箱状零件五面中任意一面或底部零件在其厚度方向开设通孔。
[0016]优选的，将碱金属转移至玻壳内所需的系统真空度为10 4Pa或以上。
[0017]本发明的有益效果为:
[0018](I)本发明提出了一种微小型原子气室尤其是气室玻壳的制作方法，其主要优势在于采用光学加工加光胶的组装方法，实现了高通光面光学质量、低用力、高气密性气室玻壳的制作，解决了现有技术制作的气室存在的通光面光学质量低、应力大、气密性低的问题；
[0019](2)提出了制作本类型的气室玻壳的工艺步骤，保证了该技术的可行性。
【附图说明】
[0020]图1为微小型原子气室的外形不意图；
[0021]图2为本发明的方法的一种零件组装示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。图1所示为本发明的方法所要制作的微小型原子气室。
[0023]实施例1
[0024]一种微小型原子气室的制作方法，包含以下步骤:
[0025]步骤1、选材切割
[0026]设气室要求的外形尺寸长、宽和高分别为a、b和h，在本实施例中气室外形尺寸的长、宽和高的定义可任意交换，气室的壁厚为1，排气管内径为d，则选择厚度为I的平板玻璃作为原材料，将原材料平板玻璃分别切割成规格为aX (h-21) X1、(b-21) X (h_21) Xl和aXbX I的零件，如图2所示，每个规格的零件至少两个，并选择任一规格零件，在半数所选规格零件的中心开孔，本实施例中选择在一半数量的规格为aXbXl的零件大小aXb的面中心开设直径为d的通孔。
[0027]步骤2、零件抛光
[0028]对规格为aXbXl的零件的大小为aXb的两面中其中一面、规格为aX (h-21) Xl的零件的大小为aX (h-21)的两面中的一面、规格为(b-21) X (h-21) Xl的零件的大小为(h-21) Xl的两面，使前述的面具备光胶的表面精度，通常要求为表面粗糙度< 0.0lmm,N 彡 0.01，Λ N 彡 0.005ο
[0029]步骤3、组装
[0030]将抛光好的规格为aX (h-21) X1、(b-21) X (h-21) X I两种零件组装成aXbX (h-21)的方框形组件，并对方框所在两个端面进行抛光，使其具备光胶的表面精度。再将两个规格为aXbXl的零件(带孔和不带孔各一个)的大小为aXb的抛光面组装到方框所在两个端面，完成aXbXh的立方体气室玻壳组装，组合时使各零件抛光的面相接触即可形成牢固的光胶组装，在组装过程中，根据具体情况，为满足光胶要求，可按需要对相关组件进行二次抛光或多次抛光，并结合化学清洗，进行光胶面的清洁。
[0031]步骤4、表面抛光
[0032]对组装好的气室玻壳外表面进行适当的抛光处理，使整个气室玻壳外表面光滑，同时使其通光面的表面光学质量满足气室通光面要求，此外还应使所述孔周围的外表面符合光胶要求。
[0033]步骤5、安装排气管
[0034]将排气管的一个端面抛光至满足光胶需求，然后将排气管光胶至立方体带孔一面外表面的相应位置处，使立方体上的孔与排气管的内孔对齐，用作后续接入真空排气台的接口。
[0035]步骤6、后续处理
[0036]对组装好的气室玻壳进行化学清洗、烘干，通过玻璃烧结接入真空系统，进行真空处理，系统真空度达到10 4Pa或以上时，将碱金属转移至玻壳内，并充入工作气体，最终通过玻璃烧结脱离真空系统，完成气室制作。
[0037]实施例2
[0038]一种微小型原子气室的制作方法，包含以下步骤:
[0039]步骤1、选材切割
[0040]设气室要求的外形尺寸长、宽和高分别为a、b和h，在本实施例中气室外形尺寸的长、宽和高的定义可任意交换，气室的壁厚为I，排气管内径为d。选择厚度为h-21和I的平板玻璃作为原材料，将厚度为h-21的原材料平板玻璃切割成横截面大小为aXb，高度为h-21，壁厚均为I的方框零件，将厚度为I的原材料平板玻璃切割成尺寸规格为aXbX I的底部零件，所述方框零件和底部零件的数量比为1:2。并在方框零件的任意一面中心，或者一半数量的底部零件的中心开孔。本实施例中在一半数量的底部零件的大小为aXb的面中心开设直径为d的通孔。
[0041]步骤2、零件抛光
[0042]将横截面大小为aXb，高度为h-21，壁厚为I的方框零件的上下端面，和底部零件大小为aXb的两面中的任意一面进行抛光，使前述的面具备光胶的表面精度，通常要求为表面粗糙度彡0.01mm，N彡0.01，Λ N彡0.005。
[0043]步骤3、组装
[0044]将抛光好的零件按照相应的规格尺寸组装成为