一种提升碱金属纯度的气室及实现方法技术

本发明专利技术公开的一种提升碱金属纯度的气室及实现方法，属于原子精密光谱测量技术领域。本发明专利技术利用玻璃吹制法制作非对称双气室，即碱金属工作气室、缓冲气体气室。利用非对称双气室的压差分离缓冲气体。碱金属工作气室内为碱金属蒸汽与缓冲气体的混合气体。在碱金属工作气室、缓冲气体气室之间的玻璃连接管中有缓冲气体半透膜，所述缓冲气体半透膜只允许缓冲气体通过，而不允许碱金属气体通过。缓冲气体半透膜固定在玻璃连接管的中间位置或固定在靠近碱金属气室一侧。在碱金属工作气室、缓冲气体气室具有压差以及选择性缓冲气体半透膜作用下，通过渗透和扩散方式实现部分缓冲气体分离，进而提升工作气室中碱金属蒸汽纯度，降低碰撞展宽对光谱的影响。碰撞展宽对光谱的影响。碰撞展宽对光谱的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种提升碱金属纯度的气室及实现方法


[0001]本专利技术属于原子精密光谱测量
，具体为光学原子钟、原子磁强计等领域，涉及一种提升碱金属纯度的气室及实现方法，可应用于气体原子与光相互作用的超高灵敏测量。

技术介绍

[0002]利用原子内部超精细能级之间的跃迁与激光的相干耦合实现光频的稳定，在光谱上表现为窄线宽、高信噪比的原子谱线，这是光子学原子钟等超高精密测量技术原理。在量子技术发展迅猛的年代，利用碱金属气室作为核心部件将激光锁定到原子能级上，对基于量子测量技术的稳定性、精度具有重要意义。
[0003]在碱金属元素填充技术中，利用叠氮化物光分解法制备原子气室操作简单方便，能长时间地保持其化学纯度。然而，该方法有一个缺陷：叠氮化物在激光照射下受热分解还会产生大量的缓冲气体，虽缓冲气体具有一定的防止碱金属与气室内壁的碰撞几率作用，但过多的缓冲气体，会导致碱金属原子与缓冲气体发生频繁碰撞，造成电子运动状态改变，使得原子能级发生移动，即带来很大的碰撞展宽，使光谱信号信噪比降低。最终会导致碱金属原子能级间共振频率发生变化，会对以利用能级进行稳频、测试的实验产生影响，稳定性较差。

技术实现思路

[0004]本专利技术公开的一种提升碱金属纯度的气室及实现方法，主要目的是提升气室内碱金属纯度，有效避免与缓冲气体碰撞对光谱稳定性的影响，提高气室的纯度和测量精确性。
[0005]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。
[0006]本专利技术公开的一种提升碱金属纯度的气室，包括碱金属工作气室、缓冲气体气室、缓冲气体半透膜、玻璃套筒、玻璃连接管和通过玻璃导管填充入工作气室的碱金属叠氮化物。
[0007]在利用玻璃吹制法基础上，制作出非对称双气室结构，即碱金属工作气室、缓冲气体气室。利用非对称双气室的压差来分离缓冲气体。碱金属工作气室内为碱金属蒸汽与缓冲气体的混合气体。在碱金属工作气室、缓冲气体气室之间的玻璃连接管中有缓冲气体半透膜，所述缓冲气体半透膜只允许缓冲气体通过，而不允许碱金属气体通过。缓冲气体半透膜固定在玻璃连接管的中间位置或固定在靠近碱金属气室一侧。在碱金属工作气室、缓冲气体气室具有压差以及选择性缓冲气体半透膜作用下，通过渗透和扩散方式实现部分缓冲气体分离，进而提升工作气室中碱金属蒸汽纯度，降低碰撞展宽对光谱的影响。
[0008]所述碱金属工作气室、缓冲气体气室为玻璃气室，包括但不限于立方体、圆柱体和球体等几何结构。
[0009]所述碱金属工作气室、缓冲气体气室为圆柱腔体，材质为硼硅酸盐玻璃。所述碱金属工作气室内为碱金属蒸汽与缓冲气体的混合气体。在确定工作气室尺寸下，针对气室具
体应用场景，根据设定碱金属蒸汽与缓冲气体配比，在确定两种气体配比、金属工作气室及玻璃连接管尺寸下，能够得出缓冲气室体积，计算出缓冲气体气室尺寸。所述碱金属工作气室、缓冲气体气室侧壁均有原形开口。
[0010]所述缓冲气体半透膜利用中空纤维材料制成，具有选择透过性，缓冲气体可透过，而碱金属蒸汽不行。
[0011]所述玻璃套筒材质为硼硅酸盐玻璃，其尺寸与缓冲气体半透膜相匹配。
[0012]所述玻璃连接管材质为硼硅酸盐玻璃，其尺寸与两个玻璃气室开口的尺寸一致。
[0013]本专利技术公开的一种提升碱金属纯度的气室的制作及工作方法，包括如下步骤：
[0014]步骤1：在确定碱金属工作气室、缓冲气体气室、玻璃连接管尺寸下，设定气体配比，计算出缓冲气室体积，按照气室实际应用场景确定碱金属工作气室、缓冲气体气室尺寸。
[0015]步骤2：利用玻璃吹制成形技术制作碱金属工作气室、缓冲气体气室，几何形状为圆柱。
[0016]步骤3：利用激光切割法在碱金属工作气室、缓冲气体气室侧壁上加工出相同尺寸的圆孔。
[0017]步骤4：通过密封胶将最外层有保护层的缓冲气体半透膜粘接固定在玻璃套筒内。
[0018]步骤5：用针管将密封胶涂抹在玻璃连接管内中间位置，然后将粘接有半透膜的玻璃套筒嵌套到玻璃连接管中间位置利用密封胶进行固定，然后再涂抹一层固化胶进行固化，实现缓冲气体半透膜与玻璃连接管的固定与密封。
[0019]步骤6：利用微量进样器将叠氮化物蒸馏水溶液填充到碱金属工作气室中，通过烘烤法去除水分后，在该气室中留下叠氮化物固体。
[0020]步骤7：在高真空环境下，将碱金属工作气室、缓冲气体气室与玻璃连接管通过熔接方式连接在一起，完成碱金属工作气室、缓冲气体气室的连通。在真空环境下将两个玻璃气室与玻璃连接管熔接到一起；
[0021]步骤8，填充碱金属叠氮化物到碱金属工作气室，紫外激光辐照碱金属叠氮化物，利用光解法碱金属叠氮化物分解成碱金属蒸汽和氮气，在压差驱动下氮气透过半透膜扩散到缓冲气体气室，通过渗透和扩散方式实现部分缓冲气体分离，进而提升工作气室中碱金属蒸汽纯度，降低碰撞展宽对光谱的影响。
[0022]有益效果：
[0023]1、本专利技术公开的一种提升碱金属纯度的气室及实现方法，在利用玻璃吹制法基础上，制作出非对称双气室结构，利用非对称双气室的压差来分离缓冲气体。在碱金属工作气室、缓冲气体气室之间的玻璃连接管中有缓冲气体半透膜，所述缓冲气体半透膜只允许缓冲气体通过，而不允许碱金属气体通过。在金属工作气室、缓冲气体气室具有压差以及选择性缓冲气体半透膜作用下，通过渗透和扩散方式实现部分缓冲气体分离，进而提升工作气室中碱金属蒸汽纯度，降低碰撞展宽对光谱的影响。
[0024]2、本专利技术公开的一种提升碱金属纯度的气室及实现方法，在没有增加玻璃加工复杂度情况下，通过理论计算指导气室加工，有效解决碱金属原子与缓冲气体频繁碰撞导致的碰撞展宽问题，提升光谱的稳定性和精确性；本专利技术中的碱金属气室结构简单，易于实现。
附图说明
[0025]图1是本专利技术的碱金属工作气室(下方)、缓冲气体气室(上方)示意图，两个气室侧壁具有相同尺寸的开口。
[0026]图2是本专利技术的缓冲气体半透膜、玻璃套筒和玻璃连接管示意图，内部嵌套有半透膜的玻璃套筒固定在玻璃连接管的中间位置(左侧)，中间为粘接到一起的半透膜及玻璃套筒的放大示意图，右侧为其分开图。
[0027]图3是本专利技术制作完成的碱金属气室示意图。
[0028]其中：1—碱金属工作气室、2—缓冲气体气室、3—缓冲气体半透膜、4—玻璃套筒、5—玻璃连接管、6—碱金属叠氮化物。
具体实施方式
[0029]下面结合附图对本专利技术作详细介绍：
[0030]如图1、2、3所示，本实施例公开的一种提升碱金属纯度的气室，包括碱金属工作气室1、缓冲气体气室2、缓冲气体半透膜3、玻璃套筒4、玻璃连接管5和通过玻璃导管填充入工作气室的碱金属叠氮化物6。
[0031]在利用玻璃吹制法基础上，制作出非对称双气室结构，即碱金属工作气室1、缓冲气体气室2。利用非对称双气室的压差来分离缓冲气体。碱金属工作气室1内为碱金属蒸汽与缓冲气体的混合气体。在金属工作气室1、缓冲气体气室2之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提升碱金属纯度的气室，其特征在于：包括碱金属工作气室(1)、缓冲气体气室(2)、缓冲气体半透膜(3)、玻璃套筒(4)、玻璃连接管(5)和通过玻璃导管填充入工作气室的碱金属叠氮化物(6)；在利用玻璃吹制法基础上，制作出非对称双气室结构，即碱金属工作气室(1)、缓冲气体气室(2)；利用非对称双气室的压差来分离缓冲气体；碱金属工作气室(1)内为碱金属蒸汽与缓冲气体的混合气体；在碱金属工作气室(1)、缓冲气体气室(2)之间的玻璃连接管(5)中有缓冲气体半透膜(3)，所述缓冲气体半透膜(3)只允许缓冲气体通过，而不允许碱金属气体通过；缓冲气体半透膜(3)固定在玻璃连接管(5)的中间位置或固定在靠近碱金属气室一侧；在碱金属工作气室(1)、缓冲气体气室(2)具有压差以及选择性缓冲气体半透膜(3)作用下，通过渗透和扩散方式实现部分缓冲气体分离，进而提升工作气室中碱金属蒸汽纯度，降低碰撞展宽对光谱的影响。2.如权利要求1所述的一种提升碱金属纯度的气室，其特征在于：所述碱金属工作气室(1)、缓冲气体气室(2)为圆柱腔体，材质为硼硅酸盐玻璃；所述金属工作气室(1)内为碱金属蒸汽与缓冲气体的混合气体；在确定工作气室(1)尺寸下，针对气室具体应用场景，根据设定碱金属蒸汽与缓冲气体配比，在确定两种气体配比、碱金属工作气室(1)及玻璃连接管(5)尺寸下，能够得出缓冲气室体积，计算出缓冲气体气室(2)尺寸；所述碱金属工作气室(1)、缓冲气体气室(2)侧壁均有原形开口。3.如权利要求1所述的一种提升碱金属纯度的气室，其特征在于：所述缓冲气体半透膜(3)利用中空纤维材料制成，具有选择透过性，缓冲气体可透过，而碱金属蒸汽不能透过。4.如权利要求1所述的一种提升碱金属纯度的气室，其特征在于：所述玻璃套筒(4)材质为硼硅酸盐玻...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小宽，李维，李昱东，刘雅丽，冯梁森，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：