阅读说明：本技术 减小碱金属蒸气密度温度敏感性的碱金属气室填充方法 (Alkali metal air chamber filling method for reducing alkali metal steam density temperature sensitivity ) 是由 汪之国 罗晖 赵洪常 李尊 于 2020-11-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了减小碱金属蒸气密度温度敏感性的碱金属气室填充方法,包括以下步骤：将碱金属气室接在真空台上,经过加热、抽真空的工艺处理,除去碱金属气室中的杂气,然后往碱金属气室中充入过量碱金属,加热碱金属气室使之达到设定温度以上的温度,在这个温度下保持1天以上,以使碱金属内壁表面充分吸收碱金属；充入除了碱金属之外的工作气体；将碱金属气室温度调整到设定温度,这时碱金属气室内部碱金属蒸气密度在设定温度下保持平衡,保持在这个温度下进行老化1天以上；将碱金属气室从真空台上取下。本发明使得碱金属气室在工作温度下工作时,碱金属蒸气也不会显著增大,使碱金属密度的温度敏感性大大降低,达到提高原子传感器稳定性的目的。(The invention discloses an alkali metal air chamber filling method for reducing alkali metal vapor density and temperature sensitivity, which comprises the following steps: connecting an alkali metal air chamber on a vacuum table, removing impurity gas in the alkali metal air chamber through heating and vacuumizing processes, then filling excessive alkali metal into the alkali metal air chamber, heating the alkali metal air chamber to reach a temperature above a set temperature, and keeping the temperature for more than 1 day so as to enable the inner wall surface of the alkali metal to fully absorb the alkali metal; charging a working gas other than the alkali metal; adjusting the temperature of the alkali metal air chamber to a set temperature, keeping the density of alkali metal vapor in the alkali metal air chamber balanced at the set temperature, and aging for more than 1 day at the temperature; the alkali metal cell was removed from the vacuum table. The invention ensures that alkali metal vapor is not obviously increased when the alkali metal gas chamber works at the working temperature, so that the temperature sensitivity of the alkali metal density is greatly reduced, and the aim of improving the stability of the atomic sensor is fulfilled.)

减小碱金属蒸气密度温度敏感性的碱金属气室填充方法

技术领域

本发明属于原子传感技术领域，特别是涉及减小碱金属蒸气密度温度敏感性的碱金属气室填充方法。

背景技术

碱金属原子(133Cs、87Rb、85Rb、23Na、39K)核外只有一个价电子，能级结构简单，易于采用激光操作，因此在原子传感和测量领域获得了广泛的应用：(1)核磁共振陀螺通常采用一种或多种碱金属原子，利用自旋交换光泵浦技术使碱金属原子极化，极化的碱金属原子一方面用于使惰性气体核自旋极化，另一方面用于构成磁力仪检测核自旋运动信息。这种核磁共振陀螺兼有小体积、高精度等优点，在惯性技术领域具有很大的应用潜力。(2)原子磁力仪利用碱金属原子进动频率随外界磁场的变化来检测磁场，具有极高的灵敏度，且不需要制冷装置，已在国防、医疗、地质等领域获得了广泛的应用。(3)利用铷原子(87Rb、85Rb)构成的微波原子钟，在国防、授时等领域具有重要的应用。在这些器件中，通常将过量碱金属密封在透明介质(一般是玻璃)构成的气室中，并加热到一定温度使碱金属变成饱和蒸气来使用。碱金属原子蒸气原子数密度随温度变化比较剧烈，因此这些器件的原子气室通常需要进行精密温控。以核磁共振陀螺为例，为了达到导航级性能要求，气室温控稳定性要优于0.01℃。这一要求增大了系统结构的复杂度，导致了器件的温度敏感性，成为产品研制的难点之一。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供了减小碱金属蒸气密度温度敏感性的碱金属气室填充方法，本发明由于碱金属气室内部碱金属蒸气密度在设定温度下为饱和蒸气，没有多余的碱金属液滴，因此当碱金属气室在工作温度下工作时，碱金属蒸气也不会显著增大，这样可使碱金属密度的温度敏感性大大降低，达到提高原子传感器稳定性的目的。

本发明所采用的技术方案是：

减小碱金属蒸气密度温度敏感性的碱金属气室填充方法，包括以下步骤：

步骤一：将碱金属气室接在真空台上，经过加热、抽真空的工艺处理，除去碱金属气室中的杂气，然后往碱金属气室中充入过量碱金属，加热碱金属气室使之达到设定温度以上的温度，在这个温度下保持1天以上，以使碱金属气室内壁表面充分吸收碱金属；

步骤二：充入除了碱金属之外的工作气体，该工作气体为氙气、氮气；

步骤三：将碱金属气室温度调整到设定温度，这时碱金属气室内部碱金属蒸气密度在设定温度下保持平衡，保持在这个温度下进行老化1天以上；

步骤四：将碱金属气室从真空台上取下，取下的方式为用火熔断碱金属气室的支管。

对于工作温度和设定温度的解释如下：在填充时控制碱金属气室内碱金属原子数量为在小于工作温度的设定温度时达到饱和蒸气，但在工作温度时为非饱和蒸气。

本发明的优点如下：

由于碱金属气室内部碱金属蒸气密度在设定温度下为饱和蒸气，没有多余的碱金属液滴，因此当碱金属气室在工作温度下工作时，碱金属蒸气也不会显著增大，这样可使碱金属密度的温度敏感性大大降低，达到提高原子传感器稳定性的目的。

具体实施方式

下面对本发明作进一步的说明，但本发明并不局限于这些内容。

实施例1

减小碱金属蒸气密度温度敏感性的碱金属气室填充方法，包括以下步骤：

将碱金属气室接在真空台上，经过加热、抽真空的工艺处理，除去碱金属气室中的杂气，然后往碱金属气室中充入过量铷金属，加热碱金属气室使之达到设定温度以上的温度，在这个温度下保持1天以上，以使碱金属气室内壁表面充分吸收铷金属；

充入工作气体氙气、氮气；

利用加热装置把碱金属气室中过量的铷金属驱赶出气室；

将碱金属气室和真空管道温度调整到设定温度，这时碱金属气室内部碱金属蒸气密度在设定温度下保持平衡，保持在这个温度下进行老化1天以上；

利用煤气火焰熔断碱金属气室的支管，从真空台上取下碱金属气室。

实施例2

将碱金属气室接在真空台上，经过加热、抽真空的工艺处理，除去碱金属气室中的杂气，然后往碱金属气室中充入过量铷金属，加热碱金属气室使之达到设定温度以上的温度，在这个温度下保持1天以上，以使碱金属气室内壁表面充分吸收铷金属；

充入工作气体氙气、氮气；

利用煤气火焰熔断碱金属气室的支管，熔断位置的选择应该是保证支管长度大于最终碱金属气室需要的支管长度，例如长1厘米，然后从真空台上取下碱金属气室；

将碱金属气室和真空管道温度调整到设定温度，这时碱金属气室内部碱金属蒸气密度在设定温度下保持平衡，保持在这个温度下进行老化1天以上；

利用加热装置把碱金属气室中过量的铷金属驱赶出气室腔体部分，例如冷凝到远离腔体的支管端；

利用煤气火焰再次熔断碱金属气室的支管，并保证熔断后碱金属气室内没有过量的铷金属颗粒，而只有工作温度下达到饱和的碱金属蒸气。

利用上述方法制作的碱金属气室，当加热到工作温度时，内部碱金属全部成为蒸气；如使碱金属气室工作在设定温度，碱金属蒸气密度仍然是工作温度时的饱和蒸气密度，也就不受设定温度时温度波动的影响。

指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。