[发明专利]微流控原子腔、片上原子钟芯片及制备方法

权利要求书

1.一种微流控原子腔，其特征在于，带有微流道槽的硅衬底(32)和对应于微流道槽形成玻璃微腔结构的硼硅玻璃组装圆片(4)键合形成密闭系统，该密闭系统包括玻璃原子腔(3)、反应物阻隔微流道(41)和反应物微腔(8)，反应物微腔(8)中放置有产生原子钟所必须物质的反应物颗粒(7)，玻璃原子腔(3)与反应物微腔(8)通过反应物阻隔微流道(41)相连通，键合面上反应物微腔(8)的口径小于玻璃原子腔(3)的口径，反应物阻隔微流道(41)的最小宽度不大于反应物颗粒(7)的最小粒径，玻璃微腔上设有光入射平面。

2.根据权利要求1所述的微流控原子腔，其特征在于，反应物阻隔微流道(41)为弯流道，所述微流道上至少设有一个折弯（411）。

3.根据权利要求1所述的微流控原子腔，其特征在于，所述产生原子钟所必须物质的反应物颗粒(7)为氢化钙和氯化铷的混合物。

4.一种根据权利要求1所述的微流控原子腔的制备方法，其特征在于包括如下步骤：在硅衬底(32)上刻蚀微流道槽，由反应物槽、反应物阻隔微流道(41)和原子槽组成，其中反应物槽的口径小于原子槽的口径，反应物槽与原子槽通过反应物阻隔微流道(41)相连接，在所述反应物槽内放置反应物颗粒(7)，反应物颗粒的最小直径不小于反应物阻隔微流道的宽度，然后将上述刻蚀有微流道槽的硅衬底(32) 与硼硅玻璃组装圆片(4)进行阳极键合，形成密封腔体；在上述键合好圆片的硼硅玻璃组装圆片(4)一侧表面对应于微槽的位置垂直放置硅片模具，然后在空气中加热至820℃~900℃，保温10~20min，反应物颗粒放出气体使得对应于原子槽的玻璃形成玻璃微腔(31)，同时反应形成的产物—原子钟所必须的物质蒸汽通过反应物阻隔微流道槽进入原子槽，并充满在玻璃微腔(31)中，软化变形后的玻璃微腔(31)与所述垂直放置的硅片模具接触挤压，从而在玻璃微腔(31)的侧面形成平面，冷却，去除玻璃微腔(31)侧面的硅片模具，得到带有光入射平面(312)的微型原子腔。

5.一种微型原子钟芯片，其特征在于包括激光发生器(1)、滤波器(5)、四分之一波片(6)、激光探测器(2)和权利要求1所述的具有光入射平面的微型原子腔，其特征在于，激光发生器(1)、滤波器(5)、四分之一波片(6)激光探测器(2)均组装于硼硅玻璃组装圆片(4)上，它们的中心与玻璃微腔(31)的中心位于同一根光轴上，激光发生器(1)位于密闭玻璃原子腔(3)设有光入射平面(312)的一侧，在激光发生器与光入射平面之间还依次设有滤波器(5)和四分之一波片(6)，激光发生器(1)发出的激光经过滤波器(5)、四分之一波片(6)，通过光入射平面(312)进入密闭玻璃原子腔(3)，再出射后，被激光探测器(2)探测到，玻璃微腔(31)周围还设有加热器(33)，上述加热器(33)、激光发生器(1)和激光探测器(2)均设有与外界连接的引脚。

6.一种微型原子钟芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，采用权利要求4所述方法制备具有光入射平面的微型原子腔；

第二步，在所述玻璃微腔(31)周围的硼硅玻璃组装圆片（4）上制备加热器(33)；

第三步，将激光发生器（1），激光探测器（2），滤波器（5）和四分之一波片（6）分别组装到硼硅玻璃组装圆片（4）相应的位置上并与密闭玻璃原子腔(3)位于同一条光轴上，激光发生器(1)发出的激光经过滤波器(5)、四分之一波片(6)和密闭玻璃原子腔(3)后能够被激光探测器(2)所探测到；

第四步，制备加热器(33)、激光发生器（1）和激光探测器（2）的引脚，并分别与电源及处理电路相连接。

7.根据权利要求7所述的微型原子钟芯片的制备方法，其特征在于，第二步所述的加热器是金属电阻丝。