具有內(nèi)部凝聚位點(diǎn)的高靈敏度蒸氣室結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及原子鐘及磁強(qiáng)計(jì)，且更特定來說，涉及一種微制作式原子鐘或磁強(qiáng)計(jì)以及一種形成用于原子鐘或磁強(qiáng)計(jì)的自凝聚硅蒸氣室腔結(jié)構(gòu)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]與其中頻率是通過晶體的長度而確定且因此較易受溫度變化影響的晶體振蕩器相比，原子鐘為在長時(shí)間周期內(nèi)提供無以倫比的頻率穩(wěn)定性的振蕩器，因?yàn)槠涔舱耦l率是通過原子的能量躍迀而確定。
[0003]通過實(shí)例方式，原子鐘用于需要極其準(zhǔn)確且穩(wěn)定頻率的各種系統(tǒng)中，例如用于雙基地雷達(dá)、GPS(全球定位系統(tǒng))及其它導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，以及用于通信系統(tǒng)、蜂窩式電話系統(tǒng)及科學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器中。
[0004]在一種類型的原子鐘中，用光能輻照含有例如銫(或銣)蒸氣的活性介質(zhì)的室，借以來自光源的光將蒸氣的原子從接地狀態(tài)抽運(yùn)到較高狀態(tài)，從所述較高狀態(tài)，所述原子落到處于高于接地狀態(tài)的超精細(xì)波長的狀態(tài)。。以此方式，受控制的量的光傳播穿過所述室且借助于光電檢測器加以檢查。
[0005]例如激光二極管的光抽運(yùn)構(gòu)件可操作以將特定波長的光束透射穿過活性蒸氣，所述活性蒸氣經(jīng)激發(fā)到較高狀態(tài)。在將蒸氣的原子抽運(yùn)到較高狀態(tài)中的光吸收是通過光電檢測器感測，所述光電檢測器提供與照射于檢測器上的光成比例的輸出信號。
[0006]通過檢查光電檢測器的輸出，控制構(gòu)件提供各種控制信號以確保精確地控制所傳播光的波長。
[0007]在操作中，堿性金屬沉積物具有在僅位于光電檢測器下面的堿性室的頂部玻璃板的中心處凝聚的趨勢，因此導(dǎo)致由于減少光透射所致的顯著信號損失。需要減少或消除堿性室的頂部玻璃板的中心上的金屬沉積物的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]下文呈現(xiàn)經(jīng)簡化
【發(fā)明內(nèi)容】
，以便提供對本發(fā)明的一或多個(gè)方面的基本理解。此
【發(fā)明內(nèi)容】
并非本發(fā)明的擴(kuò)展性概述，且既不打算識別本發(fā)明的關(guān)鍵或緊要元件，也不打算劃定其范圍。相反，本
【發(fā)明內(nèi)容】
的主要目的為以簡化形式呈現(xiàn)本發(fā)明的一些概念作為稍后所呈現(xiàn)的更詳細(xì)說明的前言。
[0009]根據(jù)本申請案的實(shí)施例，提供一種設(shè)備。所述設(shè)備包括:室結(jié)構(gòu)，其由夾在頂部板與底部板之間的中心板構(gòu)成；所述中心板具有頂部表面及底部表面且包含中心內(nèi)部孔，所述中心內(nèi)部孔完全延伸穿過所述板、在所述中心板的頂部表面與底部表面中間的腔的側(cè)中具有銳角；所述頂部板及所述底部板對于在裝置的操作期間穿過蒸氣室結(jié)構(gòu)的輻射是實(shí)質(zhì)上光學(xué)透明的，所述頂部板及所述底部板各自具有頂部表面及底部表面；所述底部板的所述頂部表面接合到所述中心板的所述底部表面；加熱器及傳感器附接到所述底部板的底表面；所述頂部板的所述底部表面附接到所述中心板的所述頂部表面，此后光電檢測器附接到頂部板的所述頂部表面；內(nèi)部腔，其是由所述中心板中的所述內(nèi)部孔在被用所述頂部板及所述底部板密封時(shí)形成，其中所述頂部板及所述底部板經(jīng)配置以提供由彎曲表面內(nèi)部壁構(gòu)成的透明孔，所述彎曲表面內(nèi)部壁界定頂部板與底部板的透鏡部分以使經(jīng)投射穿過所述內(nèi)部腔的激光束準(zhǔn)直；所述內(nèi)部腔填充有銫或銣蒸氣以及任何緩沖氣體；及激光二極管，其經(jīng)配置以提供激光來激發(fā)所述內(nèi)部腔中的所述銫或銣蒸氣。
[0010]根據(jù)本申請案的另一實(shí)施例，提供一種形成設(shè)備的方法。形成設(shè)備的方法包括以下步驟:形成中心板，所述中心板包含完全延伸穿過所述板的中心內(nèi)部孔，使用用以形成所述中心內(nèi)部孔的一或多個(gè)濕式或干式蝕刻而使所述中心內(nèi)部孔在所述中心板的頂部表面與底部表面中間的腔的側(cè)中具有銳角；提供頂部板及底部板，其中所述頂部板及所述底部板是由硼硅酸鈉玻璃構(gòu)成且對于輻射是實(shí)質(zhì)上光學(xué)透明的，其中所述頂部板及所述底部板經(jīng)配置以提供由彎曲表面內(nèi)部壁構(gòu)成的透明孔，所述彎曲表面內(nèi)部壁界定所述頂部板及所述底部板的透鏡部分以使經(jīng)投射穿過內(nèi)部腔的激光束準(zhǔn)直；通過用所述頂部板及所述底部板密封所述中心板的所述內(nèi)部孔而在所述中心板中形成所述內(nèi)部腔，其中對晶片的所述密封可通過利用壓力、提高的溫度及電場技術(shù)來引起元件之間的擴(kuò)散及漂移驅(qū)動接合的眾所周知的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)；將加熱器及傳感器附接到所述底部板的底表面；將光電檢測器附接到頂部板的所述頂部表面；用或者銫或者銣蒸氣的堿性氣體以及任何緩沖氣體填充所述內(nèi)部腔；及提供激光二極管，所述激光二極管經(jīng)配置以提供激光來激發(fā)所述內(nèi)部腔中的所述銫或銣蒸氣；其中，所述中心板的頂部表面與底部表面中間的所述腔的所述側(cè)中的銳角提供高能凝聚位點(diǎn)，因此使所述堿性氣體在所述室的最冷部分，即所述頂部板的底部表面上的凝聚最小化。
[0011]根據(jù)本發(fā)明申請案的第三實(shí)施例，提供一種操作設(shè)備室的方法。操作設(shè)備的所述方法包括以下步驟:提供蒸氣室，所述蒸氣室由以下各項(xiàng)構(gòu)成:室結(jié)構(gòu)，其由夾在頂部板與底部板之間的中心板構(gòu)成，其中所述中心板具有頂部表面及底部表面且包含在所述蒸氣室中形成內(nèi)部腔的中心內(nèi)部孔，其中中心內(nèi)部孔在所述中心板的頂部表面與底部表面中間的腔的側(cè)中具有銳角，所述頂部板及所述底部板是實(shí)質(zhì)上透明的；其中所述頂部板及所述底部板經(jīng)配置以提供由彎曲表面內(nèi)部壁構(gòu)成的透明孔，所述彎曲表面內(nèi)部壁界定所述頂部板及所述底部板的透鏡部分以使經(jīng)投射穿過內(nèi)部腔的激光準(zhǔn)直；其中所述內(nèi)部腔填充有或者銫或者銣蒸氣的堿性氣體以及任何緩沖氣體；光電檢測器，其附接到所述蒸氣室的頂部；及激光二極管，其經(jīng)配置以提供激光來激發(fā)所述內(nèi)部腔中的所述銫或銣蒸氣；使來自所述激光二極管的激光穿過所述蒸氣室的所述內(nèi)部腔以與所述內(nèi)部腔內(nèi)的所述堿性蒸氣相互作用，借此激發(fā)所述堿性氣體；及用所述光電檢測器測量穿過所述內(nèi)部腔的所述激光，其中來自所述光電檢測器的信號被提供到時(shí)鐘產(chǎn)生電路，所述時(shí)鐘產(chǎn)生電路使用所述信號來產(chǎn)生時(shí)鐘信號且還將信號提供到控制器，所述控制器控制所述激光二極管的操作且確保原子鐘的閉環(huán)穩(wěn)定化。
【附圖說明】
[0012]圖1(現(xiàn)有技術(shù))是原子鐘蒸氣室的橫截面圖。
[0013]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成的原子鐘的平面圖。
[0014]圖2A是圖2在截面A-A處的橫截面視圖。
[0015]在圖式中，相同元件符號有時(shí)用于指定相同結(jié)構(gòu)元件。還應(yīng)了解，各圖中的描述為示意性的且并不按比例。
【具體實(shí)施方式】
[0016]參考附圖描述本發(fā)明。所述圖未按比例繪制且僅提供其以圖解說明本發(fā)明。下文參考用于圖解說明的實(shí)例應(yīng)用來描述本發(fā)明的幾個(gè)方面。應(yīng)理解，眾多特定細(xì)節(jié)、關(guān)系及方法經(jīng)陳述以提供對本發(fā)明的理解。然而，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易地認(rèn)識到，可在不使用所述特定細(xì)節(jié)中的一或多者或者使用其它方法的情況下實(shí)踐本發(fā)明。在其它實(shí)例中，未詳細(xì)展示眾所周知的結(jié)構(gòu)或操作以避免使本發(fā)明模糊。本發(fā)明不限于動作或事件的所圖解說明次序，因?yàn)橐恍﹦幼骺梢圆煌涡虬l(fā)生及/或與其它動作或事件同時(shí)發(fā)生。此外，并非需要所有所圖解說明的動作或事件來實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法。
[0017]原子頻率標(biāo)準(zhǔn)或原子鐘基本上由具有填充有活性蒸氣(例如，銫或銣蒸氣)的室101的封裝組成。光學(xué)抽運(yùn)構(gòu)件(例如，激光二極管102)用于超小型完全便攜式高度準(zhǔn)確且極低功率原子鐘。原子頻率標(biāo)準(zhǔn)或原子鐘還包含物理封裝(未展示)。
[0018]光學(xué)抽運(yùn)構(gòu)件(例如，激光二極管102)可操作以將特定波長的光束透射穿過包含于室101中的活性蒸氣，所述活性蒸氣經(jīng)激發(fā)到較高狀態(tài)。在將所述蒸氣的原子抽運(yùn)到較高狀態(tài)中的光吸收由光電檢測器109感測，所述光電檢測器提供與照射于檢測器上的光束成比例的輸出信號。
[0019]為在室101中產(chǎn)生所需蒸氣壓力，通過加熱器103加熱活性蒸氣。借助加熱器控制(未展示)的提供結(jié)合溫度傳感器104實(shí)現(xiàn)經(jīng)精確控制的室溫度(cell temperature)，所述溫度傳感器監(jiān)視蒸氣封套(vapor envelope)中最冷點(diǎn)處的室溫度且經(jīng)由反饋電路(未展示)將此溫度指示提供到微處理器(未展示)。
[0020]圖1的橫截面圖圖解說明由夾在頂部板106與底部板107之間的中心板105構(gòu)成的室結(jié)構(gòu)200。中心板105包含完全延伸穿過所述板的中心內(nèi)部孔101。中心板105可是由硅構(gòu)成，可對其應(yīng)用成熟的制作技術(shù)，且頂部板106及底部板107板可是由對在裝置的操作期間穿過蒸氣室結(jié)構(gòu)的輻射