实质上光学透明的透明材料(例如，硼硅酸钠玻璃)构成。
[0021]如图1中所指示，底部板107可附接到中心板105，此后，加热器103及传感器104可沉积于底部板107的底表面上。
[0022]还如图1中所图解说明，顶部板106可附接到中心板105，此后，光电检测器109可附接到顶部板106的顶部表面。
[0023]碱性材料(例如，铯或铷)在空气及水中激烈起反应且对许多材料有腐蚀性。所有板105、106及107暴露于铯或铷蒸气。因此，板106、107及105必须是对铯或铷惰性的材料。已知硼硅酸钠玻璃及单晶硅满足此条件。
[0024]端截面106中的透明孔110接收光以供用于光电检测器109且端截面106中的透明孔110将来自激光二极管102的激光透射到内部孔101中，从而激发碱性气体。由于孔108及110中的一者或两者可由弯曲表面内部壁(其可界定顶部板106与底部板107的透镜部分以校準透射穿过内部孔101的激光束)构成，因此这些孔可具有室结构200的可选特征。
[0025]中心板105另外包含蒸气(举例来说，铯或铷)的来源将放置于其中的井或贮存器101。当用顶部板106与底部板107密封时，内部孔101形成用于铯或铷蒸气以及通常可利用的任何缓冲气体的内部腔。
[0026]另外，当组装时，所述板形成必须经密封的夹层。晶片的所述密封可通过利用压力、提高的温度及电场技术来引起元件之间的扩散及漂移驱动接合的众所周知的技术来实现。
[0027]在操作中，铯或铷气体将在室的最冷表面上凝聚成铯或铷金属。在大部分情形中，室的最冷部分是在顶部板106的底部表面上，在其处来自激光的光投射穿过顶部板106以由光电检测器109感测。
[0028]与光电检测器直接成一直线的区域中的凝聚是有问题的，因为顶部板106的凝聚材料可导致由光电检测器109进行的错误读数且因此导致原子钟的时基的偏差。
[0029]上述问题的解决方案是将碱性金属从顶部板106的中心吸走。此可通过在腔101的侧中且在中心板105的中间中垂直地提供锐角来实现。中心105的中间中的腔101的侧中的锐角可提供高能凝聚位点。
[0030]图2及2A图解说明本发明的实施例。图2展示室结构300的平面图且2A展示图2在截面A-A处的横截面。可使用一或多个湿式或干式蚀刻在硅晶片中形成在中心板105的顶部表面与底部表面中间的腔101的侧中的锐角。
[0031]如上文所描述的蒸气室结构提供使顶部板106的中间处的碱性金属凝聚最小化的结构。来自激光二极管的辐射穿过蒸气室300的探询腔101且与碱性金属蒸气相互作用。辐射还可与测量穿过探询腔101的辐射的光电检测器相互作用。举例来说，光电检测器可测量来自激光二极管的辐射。来自光电检测器的信号被提供到时钟产生电路(未展示)，所述时钟产生电路使用所述信号产生时钟信号。当金属蒸气为(举例来说)铷87或铯133时，由时钟产生电路(未展不)产生的信号可表不高度准确的时钟。来自所述光电检测器的所述信号还被提供到控制器电路(未展示)，所述控制器电路控制激光二极管102的操作。控制器(未展示)有助于确保原子钟的闭环稳定化。与碱性金属蒸气的激光相互作用的可能性可通过增加中心板105的厚度而增加，借此增加探询腔的长度。
[0032]尽管上文已描述本发明的各种实施例，但应理解，所述实施例仅通过实例而非限制的方式呈现。在不背离本发明的精神或范围的情况下，可根据本文中的揭示内容对所揭示实施例做出众多改变。因此，本发明的广度及范围不应受上文所描述的实施例中的任一者限制。而是，本发明的范围应根据所附权利要求书及其等效形式来定义。
【主权项】
1.一种设备，其包括: 室结构，其由夹在顶部板与底部板之间的中心板构成； 所述中心板具有顶部表面及底部表面且包含中心内部孔，所述中心内部孔完全延伸穿过所述板、在所述中心板的顶部表面与底部表面中间的腔的侧中具有锐角；所述顶部板及所述底部板对于在装置的操作期间穿过蒸气室结构的辐射是实质上光学透明的，所述顶部板及所述底部板各自具有顶部表面及底部表面； 所述底部板的所述顶部表面接合到所述中心板的所述底部表面； 加热器及传感器附接到所述底部板的底表面； 所述顶部板的所述底部表面附接到所述中心板的所述顶部表面，此后光电检测器附接到顶部板的所述顶部表面； 内部腔，其是由所述中心板中的所述内部孔在被用所述顶部板及所述底部板密封时形成，其中所述顶部板及所述底部板经配置以提供由弯曲表面内部壁构成的透明孔，所述弯曲表面内部壁界定顶部板与底部板的透镜部分以使经投射穿过所述内部腔的激光束准直； 所述内部腔填充有铯或铷蒸气以及任何缓冲气体；及 激光二极管，其经配置以提供激光来激发所述内部腔中的所述铯或铷蒸气。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述中心板是由硼硅酸钠玻璃或单晶硅构成。3.根据权利要求1所述的设备，其中所述顶部板及所述底部板是由硼硅酸钠玻璃构成。4.一种形成设备的方法，其包括: 形成中心板，所述中心板包含完全延伸穿过所述板的中心内部孔，使用用以形成所述中心内部孔的一或多个湿式或干式蚀刻而使所述中心内部孔在所述中心板的顶部表面与底部表面中间的腔的侧中具有锐角； 提供顶部板及底部板，其中所述顶部板及所述底部板是由硼硅酸钠玻璃构成且对于辐射是实质上光学透明的，其中所述顶部板及所述底部板经配置以提供由弯曲表面内部壁构成的透明孔，所述弯曲表面内部壁界定所述顶部板及所述底部板的透镜部分以使经投射穿过内部腔的激光束准直； 通过用所述顶部板及所述底部板密封所述中心板的所述内部孔而在所述中心板中形成所述内部腔，其中对晶片的所述密封可通过利用压力、提高的温度及电场技术来引起元件之间的扩散及漂移驱动接合的众所周知的技术来实现； 将加热器及传感器附接到所述底部板的底表面； 将光电检测器附接到顶部板的顶部表面； 用或者铯或者铷蒸气的碱性气体以及任何缓冲气体填充所述内部腔；及提供激光二极管，所述激光二极管经配置以提供激光来激发所述内部腔中的所述铯或铷蒸气； 其中，所述中心板的顶部表面与底部表面中间的所述腔的所述侧中的锐角提供高能凝聚位点，因此使所述碱性气体在所述室的最冷部分，即所述顶部板的底部表面上的凝聚最小化。5.根据权利要求4所述的形成设备的方法，其中所述中心板是由单晶硅晶片或硼硅酸钠玻璃构成。6.一种操作设备的方法，其包括: 提供由以下各项构成的蒸气室: 室结构，其由夹在顶部板与底部板之间的中心板构成，其中所述中心板具有顶部表面及底部表面且包含在所述蒸气室中形成内部腔的中心内部孔，其中中心内部孔在所述中心板的顶部表面与底部表面中间的腔的侧中具有锐角，所述顶部板及所述底部板是实质上透明的； 其中所述顶部板及所述底部板经配置以提供由弯曲表面内部壁构成的透明孔，所述弯曲表面内部壁界定所述顶部板及所述底部板的透镜部分以使经投射穿过内部腔的激光准直； 其中所述内部腔填充有或者铯或者铷蒸气的碱性气体以及任何缓冲气体； 光电检测器，其附接到所述蒸气室的顶部；及 激光二极管，其经配置以提供激光来激发所述内部腔中的所述铯或铷蒸气； 使来自所述激光二极管的激光穿过所述蒸气室的所述内部腔以与所述内部腔内的所述碱性蒸气相互作用，借此激发所述碱性气体；及 用所述光电检测器测量穿过所述内部腔的所述激光，其中来自所述光电检测器的信号被提供到时钟产生电路，所述时钟产生电路使用所述信号来产生时钟信号且还将信号提供到控制器，所述控制器控制所述激光二极管的操作且确保原子钟的闭环稳定化。
【专利摘要】本发明涉及具有内部凝聚位点的高灵敏度蒸气室结构。一种微制作式原子钟mfac或磁强计mfam蒸气室，其利用形成用于所述原子钟或所述磁强计的自凝聚硅蒸气室腔结构的方法。
【IPC分类】H03L7/26
【公开号】CN105322963
【申请号】CN201510379050
【发明人】罗兹贝·帕尔萨, 威廉·弗伦奇
【申请人】德州仪器公司
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2015年6月30日
【公告号】US20150378316