本發(fā)明涉及一種微型石英玻璃原子氣室的制造方法，尤其適用于制備微小型高精度量子儀表的原子氣室，屬于原子氣室制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

原子陀螺儀、原子干涉磁力儀、芯片原子鐘等新型量子儀表是目前迫切需求的微小型高精度儀表之一。對于上述量子儀表，微型原子氣室是其中最重要的核心器件，是決定儀表精度的關(guān)鍵因素之一。

近年來，研究人員嘗試采用各種新技術(shù)和手段用于微型原子氣室研制，包括玻璃泡熔接技術(shù)、陽極鍵合工藝技術(shù)、堿金屬化合物分解技術(shù)等。其中玻璃泡熔接技術(shù)是制造大體積原子氣室的主要方法，但在制造微型原子氣室時很難保證氣室外形的規(guī)整度；利用硅/玻璃陽極鍵合工藝預制出硅微腔室，在真空氛圍中將堿金屬滴入腔室內(nèi)，再次利用硅/玻璃陽極鍵合工藝完成原子氣室密封，該方法對設(shè)備要求極高，而且工藝難度大，成品率低；另外，也有報道采用制作石蠟?zāi)＞邔A金屬包裹在其中，然后填入預制腔室中，再利用硅/玻璃陽極鍵合工藝完成原子氣室密封，該方法存在石蠟密封性差、制作工藝復雜、不易批量加工、陽極鍵合難度大等缺點；堿金屬化合物分解技術(shù)是將堿金屬的疊氮化物或是堿金屬化合物的混合物填充到微型原子氣室腔室中，采用光分解或是熱還原反應(yīng)釋放出堿金屬原子，但是堿金屬化合物分解產(chǎn)生的多余物殘留在腔室內(nèi)，嚴重影響原子氣室的性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種微型石英玻璃原子氣室的制造方法，通過設(shè)置玻璃微腔，有效確保了原子氣室的純凈度，解決了傳統(tǒng)微型原子氣室制造工藝難度大而且腔室純凈度差的問題；通過同步加熱多個密閉腔體，實現(xiàn)了原子氣室的大規(guī)模量產(chǎn)，彌補了傳統(tǒng)微型原子氣室制造設(shè)備要求高以及不易批量生產(chǎn)的缺陷。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種微型石英玻璃原子氣室的制造方法，包括如下步驟：

第一步：將堿金屬原子封裝到玻璃微腔中，并充入惰性氣體；

第二步：分別制造下層封裝塊、中層封裝塊和上層封裝塊；

第三步：將下層封裝塊安裝在中層封裝塊一端，再將封裝有堿金屬原子的玻璃微腔放置在中層封裝塊中，然后將上層封裝塊安裝在中層封裝塊另一端，并進行密封，形成一個密閉的腔體；

第四步：以高于玻璃微腔軟化點的溫度加熱多個密閉的腔體，直至玻璃微腔結(jié)構(gòu)被破壞后，停止加熱；

第五步：以中層封裝塊為基準，切割停止加熱后的多個密閉的腔體，形成若干個微型石英玻璃原子氣室。

在上述的一種微型石英玻璃原子氣室的制造方法中，第一步中，玻璃微腔為空心圓柱體，玻璃微腔的軟化點范圍是400～1000℃。

在上述的一種微型石英玻璃原子氣室的制造方法中，第一步中，充入惰性氣體的氣壓范圍是10～760torr。

在上述的一種微型石英玻璃原子氣室的制造方法中，第二步中，下層封裝塊和上層封裝塊均為實心立方體，中層封裝塊采用立方體結(jié)構(gòu)，中層封裝塊上設(shè)有用于安裝玻璃微腔的通孔。

在上述的一種微型石英玻璃原子氣室的制造方法中，第二步中，下層封裝塊、中層封裝塊和上層封裝塊的材料均采用石英玻璃。

在上述的一種微型石英玻璃原子氣室的制造方法中，第三步中，下層封裝塊與中層封裝塊之間通過光膠粘接。

在上述的一種微型石英玻璃原子氣室的制造方法中，第三步中，下層封裝塊與中層封裝塊之間采用低溫鍵合連接。

在上述的一種微型石英玻璃原子氣室的制造方法中，第三步中，上層封裝塊與中層封裝塊在真空狀態(tài)通過光膠粘接。

在上述的一種微型石英玻璃原子氣室的制造方法中，第三步中，上層封裝塊與中層封裝塊在真空狀態(tài)通過低溫鍵合連接。

在上述的一種微型石英玻璃原子氣室的制造方法中，第五步中，對切割后的若干個微型石英玻璃原子氣室端面進行拋光處理。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

【1】本發(fā)明采用玻璃微腔預先封裝堿金屬原子，不存在多余雜質(zhì)，提高了原子氣室的腔室純凈度。

【2】本發(fā)明選用的玻璃材質(zhì)的軟化點高于光膠或者低溫鍵合的工藝溫度，不會對光膠或者低溫鍵合工藝產(chǎn)生不利影響。

【3】本發(fā)明提供的微型石英玻璃原子氣室的制造方法，基于傳統(tǒng)原子氣室加工設(shè)備和低溫鍵合設(shè)備即可實施，對設(shè)備和操作不存在苛刻要求。

【4】本發(fā)明邏輯通順、思路清晰、設(shè)計合理、步驟精簡，本領(lǐng)域技術(shù)人員按照步驟進行試驗時，能夠降低能耗、節(jié)約時間。

【5】本發(fā)明的下層封裝塊、中層封裝塊、上層封裝塊和玻璃微腔結(jié)構(gòu)簡單、拆裝方便、成本低廉，具備廣闊的市場應(yīng)用前景，利于技術(shù)人員進行改進提高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程圖

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖

其中：1下層封裝塊；2中層封裝塊；3上層封裝塊；4玻璃微腔；

具體實施方式

為使本發(fā)明的技術(shù)方案更加明了，下面結(jié)合附圖說明和具體實施例對本發(fā)明作進一步描述：

如圖1～2所示，一種微型石英玻璃原子氣室的制造方法，包括如下步驟：

第一步：將堿金屬原子封裝到玻璃微腔4中，并充入惰性氣體；

第二步：分別制造下層封裝塊1、中層封裝塊2和上層封裝塊3；

第三步：將下層封裝塊1安裝在中層封裝塊2一端，再將封裝有堿金屬原子的玻璃微腔4放置在中層封裝塊2中，然后將上層封裝塊3安裝在中層封裝塊2另一端，并進行密封，形成一個密閉的腔體；

第四步：以高于玻璃微腔4軟化點的溫度加熱多個密閉的腔體，直至玻璃微腔4結(jié)構(gòu)被破壞后，停止加熱；

第五步：以中層封裝塊2為基準，切割停止加熱后的多個密閉的腔體，形成若干個微型石英玻璃原子氣室。

玻璃微腔4所采用材料的軟化點低于石英玻璃的軟化點。

優(yōu)選的，第一步中，玻璃微腔4為空心圓柱體，玻璃微腔4的軟化點范圍是400～1000℃。

優(yōu)選的，第一步中，充入惰性氣體的氣壓范圍是10～760torr。

優(yōu)選的，第二步中，下層封裝塊1和上層封裝塊3均為實心立方體，中層封裝塊2采用立方體結(jié)構(gòu)，中層封裝塊2上設(shè)有用于安裝玻璃微腔4的通孔。

優(yōu)選的，第二步中，下層封裝塊1、中層封裝塊2和上層封裝塊3的材料均采用石英玻璃。

優(yōu)選的，第三步中，下層封裝塊1與中層封裝塊2之間通過光膠粘接。

優(yōu)選的，第三步中，下層封裝塊1與中層封裝塊2之間采用低溫鍵合連接。

優(yōu)選的，第三步中，上層封裝塊3與中層封裝塊2在真空狀態(tài)通過光膠粘接。

優(yōu)選的，第三步中，上層封裝塊3與中層封裝塊2在真空狀態(tài)通過低溫鍵合連接。

優(yōu)選的，第五步中，對切割后的若干個微型石英玻璃原子氣室端面進行拋光處理。

優(yōu)選的，首先采用原子氣室加工設(shè)備分別在若干個pyrex玻璃毛細管內(nèi)封裝微量堿金屬原子，同時內(nèi)部封裝氣壓為500torr的氮氣，封裝后，玻璃毛細管的內(nèi)徑為0.4mm，外徑為0.6mm，長度為1mm。

采用刻蝕工藝在厚度為1mm的石英圓片上制作若干通孔，通孔直徑為2mm，將下層封裝塊1與中層封裝塊2低溫鍵合，然后將封裝有堿金屬的玻璃毛細管填裝在中層封裝塊2的通孔中。

利用陽極鍵合機的預對準工裝將上層封裝塊3安裝在中層封裝塊2上，抽真空，至壓強大于1×10^-4pa時，進行低溫鍵合，并密封，形成石英玻璃腔體。

將石英玻璃腔體加熱至850℃，封裝堿金屬的pyrex玻璃毛細管軟化后被內(nèi)部氣壓沖破，其中的堿金屬原子和氮氣釋放到石英玻璃腔體中。

以單個腔室為單元格，進行劃切以及端面拋光處理，形成若干個單一的微型石英玻璃原子氣室，氣室內(nèi)含有20torr的氮氣作為緩沖氣體。

本發(fā)明說明書中未詳細描述的內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。