专利名称：一种金属原子吸收室的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于激光稳频技术的原子吸收室，更具体地涉及一种产生高熔点金属原子蒸汽的金属原子吸收室。
背景技术：
激光稳频是将激光频率锁定在某种原子或分子的某个跃迁谱线上的技术。这就需要为稳频技术提供特定元素的原子或分子样本。吸收室是为稳频技术提供原子或分子样本的器件。吸收室内的原子或分子在激光照射下吸收激光能量产生饱和效应。饱和吸收稳频和偏振光谱稳频都是比较常用的消多普勒稳频技术，均具有很高的稳频精度。用这些方法已经成功地实现了基于Na、Rb、Cs、I、CH4等物质跃迁谱线的稳频技术。这些物质都是低熔点材料，有的在常温常压下就呈气态。它们的原子或分子蒸汽非常容易获得，只需要对其进行略微加热即可。激光稳频技术在冷原子物理研究中起着非常重要的作用，是激光冷却原子的前提条件。随着对冷原子物理研究的深入，对于多种高熔点金属的实用性研究已经逐渐深入，如铬、铁、镁、钙等。这要求实现基于这些金属原子跃迁谱线的激光稳频。但是对于这些高熔点金属，通过加热获得原子蒸汽的方法则相对困难得多。不仅需要能产生高温的原子炉，而且需要特殊的耐高温材料盛装这些材料。此外，这种加热装置还必须透光。采用加热方式获得难熔金属原子蒸汽还是一个费时的过程，一般不少于1小时。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属原子吸收室，能在相对低温条件下获得难熔金属的原子蒸汽。为实现上述目的，本发明提供的金属原子吸收室，为一密闭结构，其主要包括一空心阴极，为一中空的金属管，该空心阴极的轴向两侧各有一个绝缘材料制成的圆罩，每个圆罩的顶端均装有一片用于透光的玻璃窗片，两片玻璃窗片的圆心在空心阴极的轴线上；每个圆罩上设有一气嘴，分别作为抽气气嘴和进气气嘴；空心阴极的一侧或两侧在圆罩内各设有一环形金属阳极，环形金属阳极与空心阴极保持一距离；环形金属阳极的平面与空心阴极的端面平行，环形金属阳极的圆心在空心阴极的轴线上；环形金属阳极和空心阴极分别连接电源的正极和负极。所述的金属原子吸收室，其中空心阴极包裹在一热沉中，热沉上开设有冷却水的进水口和出水口。所述的金属原子吸收室，其中电源负极通过一限流电阻与热沉连接。所述的金属原子吸收室，其中绝缘材料制成的圆罩为玻璃圆罩。所述的金属原子吸收室，其中热沉的两个侧面上各开有一个环形凹槽，圆罩与热沉密封连接。所述的金属原子吸收室，其中环形金属阳极是导电的金属，比如镍、钨或不锈钢。所述的金属原子吸收室，其中玻璃窗片的表面镀有与激光波长相对应的增透膜。本发明通过空心阴极放电溅射可以大幅提高难熔金属原子的制备效率，并降低制备难度。可在相对低温条件下获得难熔金属的原子蒸汽。因此也就不需要特殊的耐热材料。这种基于空心阴极放电的原子吸收室结构简单、小巧；便于操作；通过空心阴极放电溅射可瞬间制备足够浓度的难熔金属原子蒸汽。
图1是本发明的金属原子吸收室的结构示意图。图2是本发明金属原子吸收室制备低压条件的装置示意图。
具体实施方案以下结合图1和图2对本发明作进一步的说明。本发明的原子吸收室是基于空心阴极放电原理，具体地原子吸收室22结构如图1 所示，是一个密闭的结构。空心阴极1是一中通的金属管并包裹在通水的紫铜热沉2中，热沉2上开设有冷却水的进水口 3和出水口 4。热沉2的两个侧面上各开有一个环形凹槽5、 6。环形凹槽内各嵌入一个0圈7、8。空心阴极1两侧各有一个玻璃罩9和10。每个玻璃罩的顶端均装有一片用于透光的玻璃窗片11和12。窗片与玻璃罩用密封胶粘合。玻璃窗片11和12的表面镀有与激光波长相对应的增透膜。为了防止吸收室内外气压差导致窗片变形，窗片的厚度不小于5mm。玻璃罩9、10与热沉相接的部分为向外突出的圆形，其厚度不小于8mm。钢制法兰13、14分别将玻璃罩9、10底部的突出部分与热沉2压紧，两者之间靠0圈7、8进行密封。在空心阴极1的任意一侧(图1中举例为左侧)或两侧同时距离阴极端面3 5mm处有一个环形阳极15。环形阳极15的材料可以是导电金属，更佳地是钨或不锈钢等耐热金属。环形阳极15的直径与空心阴极1的内径相当，环形阳极15的圆心在空心阴极1的轴线上，环形阳极15的环形平面与空心阴极1的端面平行。环形阳极由与玻璃罩9相连的金属丝16支撑。该金属丝16与电源17的正极相连接。电源17的负极经过一个限流电阻18与热沉2连接。为了避免环形阳极15与热沉2之间产生放电，在热沉 2靠近环形阳极15的表面上附有一层绝缘塑料薄膜19。阴极放电在低气压条件下进行，吸收室内气压为100 500Pa。所用气体既可以是惰性气体，也可以是空气。此外，为了减小放电产生的金属原子蒸汽对玻璃罩的污染，吸收室内的气体处于流动状态。因此玻璃罩7、 8上分别留有一个气嘴20和21。一个用于进气，一个用于抽气(图中举例以20为进气气嘴，21为抽气气嘴)。本发明的原子吸收室制备低压的装置如图2所示。原子吸收室22的热沉2上开设的进水口 3和出水口 4分别连接循环冷却水机23。原子吸收室22中的抽气气嘴21通过连接针阀M与机械泵四连接实现抽气。原子吸收室22中的进气气嘴20通过针阀25连接高压气瓶观实现进气。吸收室22中的气流速度和气压由针阀M和25—起调节。各器件之间均用真空胶管进行连接。为便于控制进气速度，在针阀25与进气气嘴20之间串联一真空度计26，并在针阀25与高压气瓶28之间连接一减压阀27。
制备金属原子蒸汽前，先关闭减压阀27，并打开高压气瓶观的阀门。然后打开针阀M和25，启动机械泵四对吸收室23抽真空。当真空度小于50 时即可适当开启减压阀27，用高压气瓶观中的气体将真空系统中的空气赶出。然后通过调节针阀M和25将吸收室内的气压调节到100 4001 之间。当吸收室内的环形阳极15与阴极1之间加载约700V直流电压时，空心阴极可持续稳定地放电，在阴极管内产生原子蒸汽。放电电压的确切值与空心阴极1和环形阳极15 的结构尺寸、吸收室内所充气体种类、空心阴极1的材料、以及环形阳极15与空心阴极1之间的距离等因素有关。实施例铬空心阴极原子吸收室。用铬金属粉末压制成形的铬金属管，内径5mm，壁厚 1.5mm，长30mm。铬金属管外层是镍金属管，铬管嵌在镍管内。镍管长度与铬管长度相同，壁厚1mm。铬管与镍管被包裹在通水的紫铜热沉内。距铬空心阴极一端5mm处有一用直径约 0.5mm的镍丝绕成的环形阳极。阳极表面与铬空心阴极端面平行。环形阳极的圆心与铬管轴线重合。环形阳极与高压电源阳极相连接，紫铜热沉经过一个IOkQ的限流电阻与高压电源的阴极相连接。铬空心阴极吸收室经抽真空后，充入350 氦气。当环形阳极与铬管之间的电压达到约600V时，环形阳极与铬管之间可形成稳定的放电。当极间电压增加到约700V时，铬管可溅射出足够浓度的铬原子蒸汽，此时电流约为120mA。当吸收室内气体为空气，气压为160Pa，其它结构参数不变时，极间电压达到约 550V时环形阳极与铬管之间可形成稳定的放电。当极间电压增加到约620V时，铬管可溅射出足够浓度的铬原子蒸汽，此时电流约为120mA。
权利要求
1.一种金属原子吸收室，为一密闭结构，其主要包括一空心阴极，为一中空的金属管，该空心阴极的轴向两侧各有一个绝缘材料制成的圆罩，每个圆罩的顶端均装有一片用于透光的玻璃窗片，两片玻璃窗片的圆心在空心阴极的轴线上；每个圆罩上设有一气嘴，分别作为抽气气嘴和进气气嘴；空心阴极的一侧或两侧与圆罩之间设有一环形金属阳极，环形金属阳极与空心阴极保持一距离；环形金属阳极的平面与空心阴极的端面平行，环形金属阳极的圆心在空心阴极的轴线上；环形金属阳极和空心阴极分别连接电源的正极和负极。
2.根据权利要求1所述的金属原子吸收室，其中，空心阴极包裹在一热沉中，热沉上开设有冷却水的进水口和出水口。
3.根据权利要求2所述的金属原子吸收室，其中，电源负极通过一限流电阻与热沉连接。
4.根据权利要求1所述的金属原子吸收室，其中，绝缘材料制成的圆罩为玻璃圆罩。
5.根据权利要求2或4所述的金属原子吸收室，其中，热沉的两个侧面上各开有一个环形凹槽，圆罩与热沉密封连接。
6.根据权利要求1所述的金属原子吸收室，其中，环形金属阳极是导电的金属。
7.根据权利要求1或6所述的金属原子吸收室，其中，环形金属阳极是镍、钨或不锈钢。
8.根据权利要求1所述的金属原子吸收室，其中，玻璃窗片的表面镀有与激光波长相对应的增透膜。
全文摘要
一种金属原子吸收室，为一密闭结构，其主要包括一空心阴极，为一中空的金属管，该空心阴极的轴向两侧各有一个绝缘材料制成的圆罩，每个圆罩的顶端均装有一片用于透光的玻璃窗片，两片玻璃窗片的圆心在空心阴极的轴线上；每个圆罩上设有一气口；空心阴极的一侧或两侧与圆罩之间设有一环形金属阳极，环形金属阳极与空心阴极保持一距离；环形金属阳极的平面与空心阴极的端面平行，环形金属阳极的圆心在空心阴极的轴线上；环形金属阳极和空心阴极分别连接电源的正极和负极。本发明通过空心阴极放电溅射可以大幅提高难熔金属原子的制备效率，并降低制备难度。
文档编号H01S3/13GK102457015SQ20111024067
公开日2012年5月16日 申请日期2011年8月19日 优先权日2011年8月19日
发明者刘忠有, 刘秀英, 张小平, 殷聪, 王捍平, 石春英, 蔡山, 钱进 申请人:中国计量科学研究院