常溫工作的三室原子氣泡的制作方法

本發明屬于原子物理及光譜學研究領域，具體涉及一種可在較常溫度下工作的三室原子氣泡裝置。

背景技術：

在原子物理、原子鐘、高精度磁力測量等光譜學研究領域，經常需要以原子的躍遷線作為頻率基準，觀測光與原子的相互作用現象。在具體的實施過程中，需要充滿氣態原子的原子氣泡。舊的方案一般采用透光的派克斯玻璃制作真空泡，內部加入少量固態原子，然后通過高溫使氣泡內原子的飽和蒸汽壓升高，從而提高內部氣態原子的密度，制備足夠量的原子以進行分析和測試工作。

這種方案存在很多問題，首先高溫物體會存在很強的紅外輻射，從而產生紅外光噪聲影響精密測量。其次耐高溫而又可以通光的材料比較罕見，部分飽和蒸汽壓較低的原子，若想制備足夠的原子密度需要加熱到非常高的溫度，已經高過普通材料的溫度上限。本發明從這一角度出發，提出了一種可以允許主體材料較常溫度下工作而制備大量氣態原子的三室原子氣泡結構。

技術實現要素：

本發明采用模塊分離的辦法，將主體的光與原子相互作用區域與原子制備區、原子收集區分開，并以隔熱材料相連接。這樣原子制備區的高溫就不會傳導到主體結構上，從而使通光路徑上不存在高溫輻射。

為了使提供氣泡的工作壽命，本發明對氣泡內的原子重復利用。本發明設計的原子制備區和原子收集區可以互換，這樣當舊的原子制備區固體原子揮發殆盡時，大量的原子其實已經轉移到了舊的原子收集區。通過功能互換，以舊的原子收集區作為新的原子制備區，舊的原子制備區作為新的原子收集區。這樣氣泡內原子材料的儲量對氣泡壽命的影響就大大減小，整體工作壽命可以數倍延長。

本發明與現有技術相比，具有以下優點和效果：

1.紅外輻射小。因為主體的光與原子相互作用區處于常溫狀態，不會有很高的紅外輻射。

2.適用性強。很多沸點高，同樣溫度下飽和蒸汽壓相對很低的眾多原子都可以使用這種氣泡。

3.工作壽命長。因為主體結構可以保持常溫，材料老化速率很慢；另外氣泡內原子可以循環使用，不會受儲量限制。

附圖說明

圖1：展示了三室原子氣泡的結構圖。

具體實施方式

圖1是本發明的結構圖。其中

1-氣泡主體，采用透射性能良好的材料制作。氣泡主體兩側開口，通過隔熱材料與原子爐2、3相連，三者可以各自以不同的溫度獨立工作。

2、3-原子爐，采用導熱性好的耐高常溫材料制作，通過隔熱材料與氣泡主體1相連。通過加熱/制冷器4、5可以控制原子爐分別工作于高溫、常溫狀態。原子爐內存有固態原子材料。

4、5-加熱/制冷器，采用Peltier效應半導體薄膜實現。通過內部電流的方向可以實現對原子爐2、3加熱或制冷的效果。

6、7、8、9-連接頭。是加熱/制冷器4、5的電流輸入口。通過引線與溫度控制器10相連。

10-溫度控制器，大功率電流源。通過連接頭6、7、8、9與加熱/制冷器4、5相連。通過大電流輸出，使加熱/制冷器4、5分別工作于加溫、降溫狀態。

11、12-入射和出射光信號。入射光信號11在路徑上與氣泡主體內的原子發生相互作用后，對出射光信號12進行結果測量，以滿足多種應用。

13-流動原子。從原子制備區原子爐內噴出的原子充滿整個系統，并在原子收集區原子爐內凝結，此過程中，原子在氣泡主體1內流動，從而可以與入射光信號11發生作用，實現原子氣泡的功能。

本發明中，器件1～3為原子氣泡的主體部分，4～10為原子氣泡的溫度控制部分，是制備原子的驅動模塊，13為制備的結果，11、12為外部光信號，用以說明氣泡如何發揮作用。

首先可以設置2為原子制備區，在其中存儲大量原子材料。通過10產生大電流，使4工作于加熱狀態，5工作于制冷狀態。這樣2的溫度會升高，產生大量的原子氣體。原子氣體充滿整個結構。但由于爐外環境溫度低，飽和蒸汽壓也很低，原子無法保持氣態，因此會凝華到凝結核上。此時由于5的制冷效果，3會的溫度遠低于1，成為原子收集區，因此氣態原子會大量凝華在這個區域，而非1中。原子在從2流向3的過程中產生13，可以與11反應產生12，從而實現原子氣泡的功能。當2中原子材料消耗完后，3中會收集到絕大部分，此時設置3為原子制備區，同時4工作于制冷狀態，5工作于加熱狀態，原子材料就可以再次利用，從而大大延長整體系統的使用壽命。