一種減緩原子自旋弛豫的原子氣室內壁鍍膜方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及原子氣室制備技術領域，特別涉及一種減緩原子自旋弛豫的原子氣室內壁鍍膜方法。
【背景技術】
[0002]原子傳感氣室是原子慣性儀表、原子鐘、原子磁力儀等原子傳感儀表的核心物理組件，其性能參數直接影響這類傳感儀表的性能。典型的原子氣室采用光學玻璃將銣、銫等堿金屬原子封裝在真空或惰性氣體氛圍中，并充入一定壓力的惰性氣體作為工作氣體和緩沖氣體。
[0003]在原子氣室內，原子獲得自旋極化的同時，也存在原子跟氣室內壁碰撞而導致的宏觀自旋丟失過程。原子自旋從極化到丟失的這段時間，稱為宏觀原子自旋馳豫時間，是表征原子氣室性能的關鍵參數之一，直接影響原子傳感儀表的性能。
[0004]在原子氣室內壁進行反馳豫鍍膜是增加宏觀原子自旋馳豫時間的一種有效手段，其中氫化銣和氖化銣等反馳豫膜能夠將原子的馳豫時間提升10倍以上。1981年，T.M.Kwon等人在銣原子氣室內充入三種惰性氣體(Xe、隊和He)和壓強為lOTorr的Η 2，并將該氣室在80 V下烘烤兩周，在氣室內壁鍍上了一層均勻的RbH薄膜。測試表明，相比未鍍RbH薄膜的原子氣室，該氣室具有更高的原子極化率和自旋弛豫時間。1984年，A.T.Nicol對原子氣室進行了 RbH鍍膜，使得原子自旋馳豫時間由32s提升至403s。2012年，Scott Rohrbaugh等人在原子氣室內充入&和D 2，在氣室內壁形成了均勻的RbH和RbD薄膜，有效增加了原子自旋馳豫時間。
[0005]在上述公開報道中，RbH反馳豫鍍膜均采用如下過程實現:首先采用高壓氫氣瓶作為氫源在原子氣室內充入一定壓強的H2，然后將原子氣室密封，在80°C下烘烤約兩周，SP可在氣室內壁鍍上一層均勻的RbH薄膜。在上述過程中主要存在以下問題，一是RbH鍍膜是在原子氣室密封后形成的，由于這個過程原子氣室處于密封狀態，隨著RbH薄膜的生成，原子氣室內自由銣原子的量減少，同時氣室內H2氣體壓強發生改變，因此隨著烘烤時間的推移，原子氣室性能會發生變化，增大了原子氣室制備中的不可控風險；另外，由于鍍膜過程中采用高壓氫氣作為氫源，因此上述鍍膜工藝存在較大的危險性。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種減緩原子自旋弛豫的原子氣室內壁鍍膜方法，該方法提高了在原子氣室內壁進行氫化銣鍍膜的工藝安全性，有利于提升原子氣室性能的穩定性，同時提高了原子氣室內壁鍍膜的膜層質量。
[0007]本發明的上述目的主要是通過如下技術方案予以實現的:
[0008]—種減緩原子自旋弛豫的原子氣室內壁鍍膜方法，具體包括如下步驟:
[0009](1)、將N個原子氣室通過第一管路連接在主管上，并通過主管相互連通，其中N為正整數；
[0010](2)、將盛放銣源的第一容器通過第二管路連接在主管上，并與主管連通；
[0011](3)、將盛放氫化物固態釋氣劑的第二容器通過第三管路連接在主管上，并與主管連通；
[0012](4)、將主管連接到真空系統上，利用真空栗對整個管路抽真空，至壓強小于5X10 4Pa ；
[0013](5)、加熱盛放銣源的第一容器，使銣源以蒸汽的形式擴散到各個原子氣室內；
[0014]￠)、對盛放氫化物固態釋氣劑的第二容器進行加熱，所述加熱溫度為650°C?720°C，使所述氫化物緩慢分解，產生的氫氣通過主管充入各個原子氣室內，當氣室內氫氣壓力達到氣壓P時，封閉第三管路，使氫氣不再進入主管，所述氣壓P為lOTorr?lOOTorr ;
[0015](7)、將原子氣室在溫度T下保持時間t ;所述溫度T為50°C?150°C，時間t為60h ?300h ；
[0016](8)、利用真空栗將原子氣室內殘余的氫氣抽空，完成原子氣室內壁鍍膜。
[0017]在上述減緩原子自旋弛豫的原子氣室內壁鍍膜方法中，步驟(6)中原子氣室內氫氣氣壓P為40Torr?80Torr。
[0018]在上述減緩原子自旋弛豫的原子氣室內壁鍍膜方法中，步驟￠)中氫化物由緩慢分解至分解停滯的時間為5min?lOmin。
[0019]在上述減緩原子自旋弛豫的原子氣室內壁鍍膜方法中，步驟(7)中溫度T為80。。?100。。，時間 t 為 120h ?180ho
[0020]在上述減緩原子自旋弛豫的原子氣室內壁鍍膜方法中，第一管路的管徑為2mm?4mm ;第二管路的管徑為6mm?10mm ;第三管路的管徑為6mm?10mm ；
[0021]在上述減緩原子自旋弛豫的原子氣室內壁鍍膜方法中，主管、第一管路、第二管路、第三管路、第一容器和第二容器均為玻璃材質，優選采用同一類型的玻璃材質。
[0022]在上述減緩原子自旋弛豫的原子氣室內壁鍍膜方法中，步驟(5)中的加熱溫度為200。。?220。。。
[0023]在上述減緩原子自旋弛豫的原子氣室內壁鍍膜方法中，步驟(8)中原子氣室內壁鍍膜的厚度為100nm?300nmo
[0024]本發明與現有技術相比具有如下有益效果:
[0025](1)、本發明采用固態釋氣劑產生氫氣在原子氣室內壁實現氫化銣鍍膜，與傳統采用高壓氫氣瓶作為氫源相比，提高了在原子氣室內壁進行氫化銣鍍膜的工藝安全性；
[0026](2)、本發明采用的氫化銣鍍膜裝置在鍍膜時不需要將原子氣室全部密封后，單獨拿去進行烘烤，僅需在氣壓達到一定要求時，將連通盛放氫化物固態釋氣劑的第二容器的第三管路密封即可，連通原子氣室的管路不需要密封，氫化銣鍍膜后將氣室內殘余氫氣抽空，與現有方法中直接將氫氣密封在氣室內相比，不會出現由于RbH的生成導致原子氣室內自由銣原子的量減少及氣室內氣體壓強發生改變，有利于提升原子氣室性能的穩定性；
[0027](3)、本發明通過大量試驗給出了對盛放氫化物固態釋氣劑的第二容器進行加熱的最佳溫度范圍，以及最佳的氫化物分解速度，同時給出了封閉第三管路時氣室內氫氣達到的最佳氣壓范圍，保證了 RbH鍍層的均勻性和鍍層厚度；
[0028](4)、本發明通過對原子氣室內壁鍍膜裝置的連接管路尺寸及鍍膜工藝條件進行優化，進一步提升了原子氣室性能的穩定性，提高了原子氣室內壁鍍膜的膜層質量，增加了宏觀原子自旋馳豫時間。
【附圖說明】
[0029]圖1為本發明用于在原子氣室內壁實現氫化銣鍍膜的裝置的組成示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細的描述:
[0031]如圖1所示為本發明用于在原子氣室內壁實現氫化銣鍍膜的裝置的組成示意圖，本發明用于在原子氣室內壁實現氫化銣鍍膜的裝置，包括N個原子氣室3、主管1、第一容器2、第二容器4、第一管路5、第二管路6、第三管路7，其中主管1、N個原子氣室3、第一管路
5、第二管路6、第三管路7、第一容器2和第二容器4均為玻璃材質。玻璃主管為一根空心玻璃圓管，N個原子氣室分支3、盛放堿金屬銣源的玻璃容器2和盛放固體釋氣劑的玻璃容器4采用與玻璃主管1相同類型的玻璃材料，均通過玻璃細管與玻璃主管熔接和連通；玻璃主管1與外部真空系統連接，可以利用真空栗對玻璃主管1進行抽真空。
[0032]本發明減緩原子自旋弛豫的原子氣室內壁鍍膜方法，具體包括如下步驟: