球形气室
技术领域
本发明涉及一种原子气室制备技术领域，特别是一种球形气室。
背景技术
原子气室是制备碱金属原子基态极化态的一种简便装置，它将原子蒸气存储在一个密闭空间中，利用泵浦激光实现碱金属原子量子态的有效调控。基于碱金属原子气室的应用非常广泛，包括原子陀螺仪、原子磁力仪、原子钟、慢光、量子存储等领域。原子气室的制备方案，包括碱金属种类及密度、惰性气体种类及气压、气室外壳的形状及体积等因素，直接决定了相关量子仪表的精度。
其中，针对气室的形状研究者们曾尝试采用了球形、半球形、圆柱形、双圆柱形、立方形等等来研究气室形状对其性能的影响。球形气室的外壁是一个掏空的球壳，整个气室内壁不存在死角(<90°)，可有效避免原子进入死角，半球形和圆柱形气室内壁同样是利用了气室内壁曲率这一优势。但是，对于球形气室来说，由于气室内壁曲率的存在，光束在气室中的传播受到影响，需要利用透镜来矫正，并且可能产生杂散光，不利于气室性能的真实表达。立方形和双圆柱形气室则具备了四个平面可为正交的泵浦光和探测光提供良好的光学窗口，但他们仍然分别具备了十二条和八条直角边。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供球形气室，提供了高质量的二维通光路径，并有效减缓原子与气室内壁的碰撞弛豫，从而提升原子气室的极化率和宏观自旋弛豫时间。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
球形气室，包括主球壳、毛细管和4个通光圆片；其中，主球壳为中空球状结构；毛细管从顶部伸入主球壳的内部；通光圆片为扁柱形结构；4个通光圆片固定安装在主球壳的侧壁内。
在上述的球形气室，所述的主球壳的顶部中心位置设置有圆形小孔；毛细管通过圆形小孔深入主球壳内部。
在上述的球形气室，所述主球壳的侧壁中心处，均匀环绕设置有4个圆形通光孔；4个通光圆片固定安装在4个通光孔中。
在上述的球形气室，所述主球壳外径为2-50mm；壁厚为0.2-2mm；所述圆形小孔直径为0.5-5mm；所述通光孔直径为1.5-3.5mm。
在上述的球形气室，所述毛细管为中空杆状结构；毛细管外径为0.5-5mm，壁厚为0.1-2mm；所述通光圆片直径为1.5-3.5mm；厚度为0.2-2mm。
在上述的球形气室，所述主球壳、毛细管和通光圆片均采用石英玻璃或硼硅玻璃材料。
在上述的球形气室，通过毛细管向主球壳的内腔充入碱金属、缓冲气体和淬灭气体。
在上述的球形气室，通光圆片通过熔接或光胶合工艺与通光孔的内壁固定连接；毛细管通过熔接或光胶合工艺与圆形小孔内壁固定连接。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明类球形原子气室内壁不存在死角，可以避免立方形原子气室中原子进入死角的可能；
(2)本发明中球壳侧壁的四个平面为气室提供了良好的光学窗口，避免了球形气室对光的双折射和杂散效应。
附图说明
图1为本发明球形气室的熔接部件示意图；
图2为本发明毛细管示意图；
图3为本发明通光圆片示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
如图1所示为球形气室的熔接部件示意图，由图可知，球形气室包括主球壳1、毛细管4和4个通光圆片5；其中，主球壳1为中空球状结构；毛细管4从顶部伸入主球壳1的内部；通光圆片5为扁柱形结构；4个通光圆片5固定安装在主球壳1的侧壁内。主球壳1、毛细管4和通光圆片5均采用石英玻璃或硼硅玻璃材料。所有部件均为玻璃材质，并通过精密玻璃熔接技术实现气室的加工制备。
如图2所示为毛细管示意图，由图可知，所述的主球壳1的顶部中心位置设置有圆形小孔3；毛细管4通过圆形小孔3深入主球壳1内部。毛细管4通过熔接或光胶合工艺与圆形小孔3内壁固定连接
如图3所示为通光圆片示意图，由图可知，主球壳1的侧壁中心处，均匀环绕设置有4个圆形通光孔2；用于两路正交激光光束的通过；4个通光圆片5固定安装在4个通光孔2中；通光圆片5通过熔接或光胶合工艺与通光孔2的内壁固定连接。
其中，主球壳1外径为2-50mm；壁厚为0.2-2mm；既要保证气室的强度又要保证在外径不断减小的情况下气室内的体积及透光度；所述圆形小孔3直径为0.5-5mm；所述通光孔2直径为1.5-3.5mm；所述毛细管4为中空杆状结构；毛细管4外径为0.5-5mm，壁厚为0.1-2mm；所述通光圆片5直径为1.5-3.5mm；厚度为0.2-2mm。
通过毛细管4向主球壳1的内腔充入碱金属、缓冲气体或淬灭气体。
该球形气室的制备方法，包括以下步骤：
步骤(一)、清洗并烘干主球壳1、通光圆片5和毛细管4；
步骤(二)、在主球壳1上熔接或者利用光胶合工艺连接通光圆片5及毛细管(4)或者直接利用模具法制备气室外壳；
步骤(三)、对外部气室进行彻底清洁后进行抗弛豫镀膜；
步骤(四)、将气室熔接到主球壳1分装器上，并与外部真空系统连接；
步骤(五)、利用蒸馏的方法将碱金属原子冷凝至主球壳1中；
步骤(六)、将一定量的惰性气体和淬灭气体均匀充入主球壳1中(需要时进行)；
步骤(七)、熔断主球壳1上的毛细管4获得最终的球形气室。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
