一种碱金属原子气室的制作方法

1.本实用新型涉及原子光学、原子钟技术领域，尤其是一种碱金属原子气室。


背景技术：

2.随着量子技术和原子物理的快速发展，而碱金属原子气室是制造磁力仪、原子钟、原子陀螺仪的关键核心部件，目前，现有的都采用玻壳熔接、玻璃吹制、玻璃管拉制、刻蚀、键合等技术制造出碱金属原子气室，因原子气室尺寸小，玻璃吹制、熔接需人工方式进行吹制操作，其品控不稳定、工序较多、精度低、产品尺寸一致性差，而玻管拉制的管体平直度、线性和壁厚均匀度不高，采用六面玻璃片拼接键合连接，其接合面多、密封可靠度不高，并且制造效率低、成本高，现有的碱金属原子气室及其制造技术都不适于工业规模化生产。


技术实现要素：

3.为了克服背景技术中的技术问题，本实用新型提供了一种碱金属原子气室。
4.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种碱金属原子气室，包括玻璃材料的原子气室方体，呈方形的原子气室方体开设有与相对端面相垂直的通孔，在开设有通孔的原子气室方体端面上分别光胶吸附有作为光学窗口的玻璃片，所述玻璃片围合封闭通孔构成原子气体腔室，在原子气室方体上未开设有通孔的一个端面上开设有用于加注碱金属原子的加注孔，所述加注孔与通孔连通。
5.进一步优选的，所述原子气室方体的玻璃材料为硼硅酸盐玻璃或石英玻璃。采用硼硅酸盐玻璃具有良好的透明度、抗热震性、化学稳定性、机械加工性，同时形变小、不易产生崩边、成品率高；可大大提高原子气室的加工精度和质量。而石英玻璃也具有光学性能优异、极低的热膨胀系数，高的耐温性，极好的化学稳定性，优良的电绝缘性。
6.优选的，所述原子气室方体上通过铣削或激光开设的通孔为一个或两个圆形孔，通孔为两个圆形孔时，两个通孔的中心轴线垂直相交。所述原子气室方体上开设的通孔和加注孔为铣削孔或激光打孔。铣削孔的开孔直径小、表面光洁度高、制造效率高、产品尺寸一致性好、成本低，适用工业规模化生产；激光打孔的开孔孔径小、速度快、效率高、成本低，并可获得大的深径比。
7.开设的通孔为两个圆形孔时，两个相互垂直相交的通孔形成的原子气室腔体可构成两个光学窗口通道，可实现双向激光照射工作，两个通孔的中心轴线垂直相交更易提削或激光开孔精度，加工成型的原子气室整体尺寸小、结构紧凑、结构强度高，工作运行功耗更低，并且在真空工作状态保持较好的结构强度，保持作为光学窗口的玻璃片的平直度，实现稳定的工作状态。
8.优选的，所述通孔开设于原子气室方体的相对端面中心位置，便于提高加工精度并保持较高的整体结构强度，原子气室整体尺寸小、结构紧凑。开设的加注孔中心轴线与通孔中心轴线垂直相交，加注孔位于原子气室方体的端面中心位置，利于提高铣削或激光开孔加工精度及加注管连接稳定可靠，提高整体结构强度。
9.优选的，所述原子气室方体的表面粗糙度ra值不大于0.006μm，使其表面与玻璃片达到光胶吸附表面光洁要求，光胶吸附连接更为稳固和可靠，所述通孔内表面的表面粗糙度ra值不大于0.006μm，并提高光学窗口透光率。
10.优选的，所述原子气室方体为正方体。正方体实现原子气室整体轮廓尺寸小、结构紧凑并保持整体结构强度。
11.优选的，所述原子气室方体的长、宽、高分别为2
×2×
2mm，所述通孔直径为1.5 mm，所述加注孔直径为0.8 mm。正方体利于机械加工，原子气室结构更为紧凑稳固，实现轻量化和微型化，并可大大降低其应用装置的工作能耗，解决了原子钟的低功耗和微型化的技术瓶颈。
12.优选的，所述玻璃片为硼硅酸盐玻璃或石英玻璃，所述玻璃片厚度为0.2 mm，其表面粗糙度ra值不大于0.006μm。玻璃片较高的表面光洁度可提高与原子气室方体进行光胶连接的稳固性和可靠性，较低的厚度可提高光学窗口的透光率。
13.优选的，所述加注孔上还连接有用于加注碱金属原子的加注管。加注管为玻璃管，用于加注碱金属原子，所述加注管与加注孔为光胶吸附连接。
14.本实用新型的有益效果是：本实用新型采用在方形实体的玻璃材料原子气室方体采用高速铣削或激光开设的通孔，端面采用玻璃片光胶吸附封闭通孔构成原子气体腔室，其结构强度好、制造精度高、开孔直径小、表面光洁度高、制造效率高、产品尺寸一致性好、成本低，采用机械开设的通孔，适用工业规模化生产，同时原子气室结构紧凑、尺寸小，原子气室方体在真空工作状态可保持较高的整体结构强度且不产生变形，可保持作为光学窗口的玻璃片的平直度和透光率，实现稳定可靠的工作状态，实现设备的轻量化、微型化和低能耗。
15.在原子气室方体可开设两个通孔，两个相互垂直的通孔成型的原子气室腔体可形成两个光学窗口通道，可实现双向激光照射，两个通孔的中心轴线垂直相交更易提高开孔精度，加工成型的原子气室整体尺寸小、结构紧凑，工作运行功耗低。
16.本实用新型采用玻璃片在原子气室方体侧面光胶吸附封闭通孔构成原子气体腔室，与现有的采用玻片拼接、玻璃吹制、玻璃管拉制技术制造的原子气室相比，本实用新型的连接面少、制作工序少、成品率高、可靠性好，可大大提高了原子气室制造效率和制造精度，减小尺寸、提高结构强度、降低成本，适合工业化规模化生产，并可进一步实现其应用的设备的低功耗、高可靠性、小型化和轻量化，解决了原子钟的低功耗和微型化的技术瓶颈，对数字通信、航空航天、导航定位的技术发展具有重大意义。
附图说明
17.图1是本实用新型实施例1开设通孔示意图；
18.图2是本实用新型实施例1的原子气室方体结构示意图；
19.图3是本实用新型实施例1的原子气室方体与玻璃片光胶示意图；
20.图4是本实用新型实施例1的原子气室方体封闭后结构示意图；
21.图5是本实用新型实施例1的原子气室方体连接加注管示意图；
22.图6是本实用新型实施例2开设通孔示意图；
23.图7是本实用新型实施例2的原子气室方体结构示意图；
24.图8是本实用新型实施例2的原子气室方体与玻璃片光胶示意图；
25.图9是本实用新型实施例2的原子气室方体封闭后结构示意图；
26.图10是本实用新型实施例2的原子气室方体连接加注管示意图。
27.图中零部件及编号：
28.1-原子气室方体；2-通孔；3-玻璃片；4-玻璃板；5-加注孔；6-加注管。
具体实施方式
29.以下实施例用于说明本实用新型的一种碱金属原子气室，但不用来限制本实用新型的保护范围。
30.实施例1
31.如图2～5所示，一种碱金属原子气室，包括玻璃材料的原子气室方体1，呈方形的原子气室方体1开设有与相对端面相垂直的通孔2，在开设有通孔2的原子气室方体1端面上分别光胶吸附有作为光学窗口的玻璃片3，所述玻璃片3围合封闭通孔2构成原子气体腔室，在原子气室方体1上未开设有通孔2的一个端面上开设有用于加注碱金属原子的加注孔5，所述加注孔5与通孔2连通。
32.其中，所述原子气室方体1的玻璃材料为硼硅酸盐玻璃或石英玻璃，通过铣削或激光开设的通孔2为一个圆形孔；通孔2开设于原子气室方体1相对端面中心位置，整体结构更紧凑且强度高。
33.优选的，通过铣削或激光开设的加注孔5中心轴线与通孔2中心轴线垂直相交。加注孔5位于原子气室方体1的端面中心位置，且利于铣削开孔加工和加注管6安装。
34.所述原子气室方体1的表面粗糙度ra值不大于0.006μm，所述通孔2内表面的表面粗糙度ra值不大于0.006μm。其表面达到与玻璃片3的光胶吸附连接光洁度要求，同时提高了形成光学窗口透光率。
35.所述原子气室方体1为正方体，其长、宽、高分别为2
×2×
2mm，所述通孔2直径为1.5 mm，所述加注孔5直径为0.8 mm，加注孔5上连接有加注管6。正方体利于铣削加工，原子气室结构更为紧凑，并实现设备的轻量化和小型化，并大大降低其工作能耗。
36.所述玻璃片3为硼硅酸盐玻璃或石英玻璃，所述玻璃片3厚度为0.2 mm，其表面粗糙度ra值不大于0.006μm。玻璃片3较高的表面光洁度可提高与原子气室方体1进行光胶连接的稳固性，较低的厚度可提高光学窗口的透光率。
37.所述加注孔5上光胶连接有加注管6，所述注管6为玻璃管。
38.本实施例的碱金属原子气室的具体制备步骤如下：
39.a、开孔：如图1所示，在硼硅酸盐玻璃或石英玻璃材料的玻璃板4上，采用高速铣削或激光开设出通孔2；
40.b、切割：如图2所示，沿开设的通孔2周边切割玻璃板4，切割为方形的原子气室方体1；
41.c、开设加注孔：如图2所示，在原子气室方体1上未开设有通孔2的一个端面上通过高速铣削工艺或激光开设用于碱金属原子加注的加注孔5，所述加注孔5与通孔2连通；
42.d、研磨抛光：对开孔后的原子气室方体1表面和通孔2内表面进行研磨、抛光处理；原子气室方体1的至表面粗糙度ra值不大于0.006μm，所述通孔2内表面表面粗糙度ra值不
大于0.006μm；
43.e、清洗：将研磨抛光后的原子气室方体1进行去离子水超声波清洗；
44.f、封闭：如图3、4所示，采用与开设有通孔2的原子气室方体1端面尺寸一致的玻璃片3，与开设有通孔2的原子气室方体1两个端面进行光胶吸附，封闭的原子气室方体1的通孔2构成原子气体腔室，相对端面的玻璃片3形成光学窗口；
45.g、如图5所示，在所述加注孔5上光胶连接用于加注碱金属原子的加注管6，完成碱金属原子气室的制备。
46.其中，所述步骤a，所述玻璃板4厚度为2.1mm以上，在玻璃板4上开设出的通孔2为10个，相邻的通孔2边缘的距离不小于1.8mm。
47.所述步骤a中，所述通孔2直径为1.5 mm。
48.在所述步骤b中，切割成的原子气室方体1为正方体，其长、宽、高分别为2
×2×
2mm，切割后通孔2位于原子气室方体1相对端面中心位置，结构更加紧凑。
49.其中，所述步骤f中，所述玻璃片3为硼硅酸盐玻璃或石英玻璃，厚度为0.2 mm，其表面粗糙度ra值不大于0.006μm。
50.实施例2
51.如图7～10所示，一种碱金属原子气室，包括玻璃材料的原子气室方体1，呈方形的原子气室方体1开设有与相对端面相垂直的通孔2，在开设有通孔2的原子气室方体1端面上分别光胶吸附有作为光学窗口的玻璃片3，所述玻璃片3围合封闭通孔2构成原子气体腔室，在原子气室方体1上未开设有通孔2的一个端面上开设有用于加注碱金属原子的加注孔5，所述加注孔5与通孔2连通。
52.所述原子气室方体1的玻璃材料为硼硅酸盐玻璃或石英玻璃，通过铣削或激光开设的通孔2为两个圆形孔；两个圆形通孔2中心轴线垂直相交。两个垂直相交通孔2成型的原子气室腔体可形成两个光学窗口通道，实现双向激光照射，两个通孔2的中心轴线垂直相交，结构紧凑且更易提高开孔精度，通孔2可开设于原子气室方体1相对端面中心位置，加工成型的原子气室整体尺寸小、整体结构强度高且结构紧凑，可实现设备的低功耗工作运行。
53.优选的，通过铣削或激光开设的加注孔5中心轴线与通孔2中心轴线垂直相交。加注孔5位于原子气室方体1的端面中心位置，且利于铣削开孔加工和加注管6安装。
54.所述原子气室方体1的表面粗糙度ra值不大于0.006μm，所述通孔2内表面的表面粗糙度ra值不大于0.006μm。其表面达到与玻璃片3的光胶吸附连接光洁度要求，同时提高了形成光学窗口透光率。
55.所述原子气室方体1为正方体，其长、宽、高分别为2
×2×
2mm，所述通孔2直径为1.5 mm，所述加注孔5直径为0.8 mm，加注孔5上连接有加注管6。正方体利于铣削加工，原子气室结构更为紧凑，并实现设备的轻量化和小型化，并大大降低其工作能耗。
56.所述玻璃片3为硼硅酸盐玻璃或石英玻璃，所述玻璃片3厚度为0.2 mm，其表面粗糙度ra值不大于0.006μm。玻璃片3较高的表面光洁度可提高与原子气室方体1进行光胶连接的稳固性，较低的厚度可提高光学窗口的透光率。
57.所述加注孔5上光胶连接有加注管6，所述注管6为玻璃管。
58.本实施例的碱金属原子气室的具体制备步骤如下：
59.a、开孔：如图6所示，在硼硅酸盐玻璃或石英玻璃材料的玻璃板4上，采用高速铣削
或激光开设出通孔2；
60.b、切割：如图7所示，沿开设的通孔2周边切割玻璃板4，切割为方形的原子气室方体1；然后在原子气室方体1上通过高速铣削或激光开设出第二个通孔2，两个通孔2的中心轴线垂直相交；开设两个通孔2可形成两个光学窗口通道；
61.c、开设加注孔：如图7所示，在原子气室方体1上未开设有通孔2的一个端面上通过高速铣削工艺或激光开设用于碱金属原子加注的加注孔5，所述加注孔5与通孔2连通；
62.d、研磨抛光：对开孔后的原子气室方体1表面和通孔2内表面进行研磨、抛光处理；原子气室方体1的表面粗糙度ra值不大于0.006μm，所述通孔2内表面的表面粗糙度ra值不大于0.006μm；
63.e、清洗：将研磨抛光后的原子气室方体1进行去离子水超声波清洗；
64.f、键合封闭：如图8～9所示，采用与开设有通孔2的原子气室方体1端面尺寸一致的玻璃片3，与开设有通孔2的原子气室方体1四个端面进行光胶吸附，封闭的原子气室方体1的通孔2构成原子气体腔室，相对端面的玻璃片3形成两个光学窗口；
65.g、如图10所示，在所述加注孔5上光胶连接加注管6，完成碱金属原子气室的制备。
66.其中，所述步骤a，所述玻璃板4厚度为2.1mm以上，在玻璃板4上开设的通孔2为10个，相邻的通孔2边缘的距离不小于1.8mm。
67.优选的，所述步骤a、b中，两个通孔2直径均为1.5 mm。
68.在所述步骤b中，切割成的原子气室方体1为正方体，其长、宽、高分别为2
×2×
2mm，切割后通孔2位于原子气室方体1相对端面中心位置，结构更加紧凑。
69.优选的，所述步骤f中，为硼硅酸盐玻璃或石英玻璃，厚度为0.2 mm，其表面粗糙度ra值不大于0.006μm。
70.在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例做了描述，但是，很显然仍可以做出各种修改而不背离本实用新型的范围。因此，说明书应被认为是说明性的而非限制性的。