[发明专利]一种原子气室熔封装置及方法

说明书

一种原子气室熔封装置及方法，包括：激光器、激光光窗、密闭容器、吸能块、压力表、截止阀、高压气瓶。本发明将原子气室置于气氛可控的密闭容器中，利用二氧化碳激光器对气室进行熔封；密闭容器内可充入特定种类和压强的气体，维持气室外部气氛的恒定；采用高能激光器的非接触式加热方式，熔封过程中的热输运精准可控，本发明适用于常规真空原子气室和高压原子气室的熔封。本发明具有非接触加热，熔封效果好、安全可靠性高、适应性广的优势。

技术领域

本发明涉及一种原子气室熔封装置及方法，属于玻璃熔封技术领域。

背景技术

原子气室是原子干涉磁力仪、原子钟、原子陀螺仪等量子仪表的核心部件。原子气室内填充碱金属和缓冲气体，是原子极化、自旋交换、自旋弛豫自旋进动等过程发生的物理场所。高性能原子气室有助于提升量子仪表的探测精度，也是现阶段提升量子仪表性能并将其推向实用化的关键。

早期的原子气室多采用吹制工艺制成的球型玻璃结构，光束会在球型气室传播过程中多次折返，因此会产生给信号带来不利影响的杂散光。现阶段用于核磁共振陀螺仪的原子气室多采用玻璃立方结构。完成碱金属和气体填充后，原子气室的熔封摘取过程直接关系到气室成品内碱金属和填充气体的组分含量，从而影响气室的性能。

当前，原子气室的熔封主要通过火焰对原子气室接口处进行加热，使玻璃达到软化温度后，依靠外部大气压与气室内部的压差实现熔封。火焰一般采用氢气、甲烷等可燃气体。火焰熔封方案的不足主要有三点：一是熔封过程中气室温度升高，气室内碱金属和气体组分会偏离最初的填充比例；二是火焰熔封只能满足真空原子气室的熔封，无法实现更高压力的原子气室熔封；三是火焰熔封对操作者技术要求较高，使用可燃气体存在安全隐患。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种原子气室熔封装置及方法，本发明将原子气室置于气氛可控的密闭容器中，利用二氧化碳激光器对气室进行熔封。本发明采用高能激光器的非接触式加热方式，熔封点和热输运精准可控，可适用于真空原子气室和高压原子气室。本发明具有安全可靠性高、加热非接触可控，熔封效果好、适应性广的优势。

本发明的技术方案是：

一种原子气室熔封装置，包括：激光器、激光光窗、密闭容器、吸能块、压力表、截止阀和高压气瓶；

激光器设置在密闭容器的外部，密闭容器的侧壁上设置有使激光器发射的激光穿过的激光光窗，密闭容器的内壁设置有用于吸收激光器发射激光能量的吸能块；

密闭容器用于放置气室母件、连接细管和原子气室，气室母件通过连接细管和原子气室实现连通；

激光器发射激光穿过激光光窗对连接细管和原子气室连接段的熔断处聚焦，以脉冲方式对熔封点处的玻璃进行加热；

密闭容器上还设置有压力表；密闭容器和高压气瓶通过管路连通，密闭容器和高压气瓶之间的管路上设置有截止阀。

利用上述的一种原子气室熔封装置进行原子气室熔封的方法，包括以下步骤：

1)按照给定组分比例向气室母件内填充碱金属和气体后，封闭密闭容器；

2)当原子气室内压强高于大气压时，向密闭容器内冲入惰性气体，使密闭容器内压强高于原子气室内压强后进入步骤3)；若原子气室内压强低于大气压时，则直接进入步骤3)；

3)利用激光器调焦瞄准连接细管和原子气室连接段的熔断处，以脉冲方式加热熔断处直至原子气室被完全熔封，关闭激光器；

4)将密闭容器内的惰性气体排空，拆下密闭容器，取出熔封后的原子气室；

5)对原子气室熔封接口进行二次处理，对其表面进行清洁。

本发明与现有技术相比的有益效果是：