一种原子碱金属气室用玻璃泡制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的原子碱金属气室用玻璃泡制作技术领域,具体涉及一种原子碱金属气室用玻璃泡制作方法,对研制新一代原子碱金属气室用玻璃泡有着重要的意义和价值,将服务于多种基于气体原子与光相互作用的超高灵敏测量装置。
【背景技术】
[0002]原子碱金属气室是多种基于气体原子与光相互作用的超高灵敏测量装置的表头,是测量设备的敏感核心,其性能的好坏从本质上决定了测量装置的灵敏度极限。原子碱金属气室在使用的过程中普通包含容易被外部激光所极化的碱金属原子、填充气体原子、以及配合其测量对象所选取的其他的金属原子或气体原子等。基于光和原子的相互作用原理,其中一个至关重要的性能指标就是气室的几何形状。现阶段所使用的碱金属气室的几何形状主要是立方体、圆柱体和球体三种。立方体气室的主要优势是制作简单,较容易保证其玻璃面的平整度,而且在入射激光与出射激光的光路调节方面都有着相对简单的特点,但是其三维对称性要远不如圆柱体与球体,从而导致在立方体的面与面相交处由于原子运动与碰撞而导致的弛豫问题。在此问题上,最好的方式是使用球体气室,但是由于在现阶段的技术中,球体的制作较为困难,普遍采用人工吹制,其质量主要取决于人为的技术因素,同时,在可重复性上也具有很大的问题。因此,在使用碱金属气室的诸多技术领域中,较为成熟的原子钟技术主要使用较为折中的圆柱体碱金属气室。但是,在使用碱金属气室的超高灵敏物理量测量技术中,由于碱金属气室的几何形状缺陷而导致的测量误差,渐渐成为制约物理量测量时不可忽视的噪声。因此,本发明提出一种通过设备加工代替人工吹制的球体气室制作方法,以提高球体气室的均匀性及可重复性。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是:提供一种原子碱金属气室用球体玻璃泡的制作方法,通过激光调整垂直度与设备吹制,加工成的球体玻璃泡具有高圆球度、高对称性、高可重复率以及大小可调节等优点。
[0004]本发明采用的技术方案为:一种原子碱金属气室用球体玻璃泡制作方法,其特征在于,包括通气管道、激光器、光纤、大气室、玻璃管、转动装置和可移动加热装置;在转动装置内玻璃管两侧有圆孔,加热装置靠近玻璃管的一侧有专门喷射氢氧焰的可控喷射口,通气管道与大气室相连,玻璃管通过转动装置固定,并插入大气室的内部,激光器与光纤连接,激光器发出的激光经过光纤的传导,从圆孔垂直向下射出;
[0005]该制作方法具体步骤如下:
[0006]步骤I)、将水银水平放置在该制作设备下端;
[0007]步骤2)、将玻璃管固定在转动装置上,并保证玻璃管与大气室连通;
[0008]步骤3)、激光器开启,产生激光,通过光纤到达圆孔通过圆孔照射下来,此时若该制作设备水平,玻璃管垂直于地面,激光便会反射回圆孔,若该制作设备并没有处于水平状态或玻璃管没有垂直于地面,则激光会照射在玻璃管上,发生散射;
[0009]步骤4)、在确定玻璃管垂直于底面后,气体从通气管道进入大气室使内部气压增大将气体挤压到玻璃管内;
[0010]步骤5)、此时可移动加热装置和转动装置同时工作,可控喷射口根据预设的数据分别喷射不同强度的氢氧焰,来对玻璃管进行加热,转动装置转动玻璃管,利用向心力与气压使玻璃管受热端变形,趋向于正圆;
[0011]步骤6)、玻璃气室制作后,通过通气管道(I)将所需气体充入气室,并配合截断装置(12)完成气室制作。
[0012]进一步的,所述的原子碱金属气室用球体玻璃泡制作方法,其特征在于:在气室制作之前,通过激光器、光纤、圆孔和水银共同构成玻璃管垂直检测装置,用于检测玻璃管的垂直程度,以保证做出球形气室的圆形度。
[0013]进一步的,所述的原子碱金属气室用球体玻璃泡制作方法,其特征在于:可移动加热装置是可以根据加热需求向两侧缓慢移动,以保证可以持续地、均匀地对玻璃管的局部位置进行加热。
[0014]进一步的,所述的原子碱金属气室用球体玻璃泡制作方法,其特征在于:通气管道与大气室之间可分离,便于将所需固体材料放入所制成的气室内。
[0015]进一步的,所述的原子碱金属气室用球体玻璃泡制作方法,其特征在于:可控喷射口是有一组氢氧焰构成,并且可以根据需求控制单个氢氧焰的强度,用于做出不同大小的原子碱金属气室。
[0016]进一步的,所述的原子碱金属气室用球体玻璃泡制作方法,其特征在于:可控喷射口与氢氧焰可以撤离玻璃,这样可以通过对玻璃的温度控制实现不同气体压强的气室制作。
[0017]进一步的,所述的原子碱金属气室用球体玻璃泡制作方法,其特征在于:截断装置在气室制作后充好气体后使用,并可以向内侧移动以截断玻璃管,完成制作。
[0018]本发明技术方案的原理是:通过设备的高操作与重复性工艺取代人工用嘴吹制的工艺。通过设备所具有的激光调节玻璃管的垂直度,降低由于地球引力带来的球体的不对称性。然后,通过连接玻璃管的气室内部的气压可以精密调节通入玻璃管的气体压力,使玻璃泡在制作过程中可以匀速变形。同时,利用玻璃管两侧的高温氢氧焰的加热使玻璃管可以局部加热并随着玻璃管的高速转动的离心力,达到形成球体的目的。
[0019]本发明与现有技术相比的优点在于:
[0020]1.通过机械加工代替人工手工加工,降低人为因素带来的圆球度低、重复性低等冋题。
[0021]2.通过激光校准垂直度,进一步提高玻璃泡的圆球度。
[0022]3.通过对可移动的高温氢氧焰组的控制,可以制作出不同大小的球体玻璃气室。
[0023]4.通过截断装置截下玻璃气室,避免因手工操作而产生的漏气不可靠性。
【附图说明】
[0024]图1为本发明的截面图;
[0025]图2为本发明运行前垂直校正工作截面图;
[0026]图3为本发明球泡制作工作截面图;
[0027]图4为位本发明球泡制作后烧断工作截面
图。
【具体实施方式】
[0028]下面通过附图以及具体实施例进一步说明本发明。
[0029]一种原子碱金属气室用球体玻璃泡制作方法,该制作方法使用的制作设备包括通气管道1、激光器2、光纤3、大气室4、玻璃管6、转动装置7、可移动加热装置8。在转动装置7内玻璃管6两侧有圆孔5。加热装置8靠近玻璃管6的一侧有专门喷射氢氧焰的可控喷射口 9。通气管道I与大气室4相连,玻璃管6通过转动装置7固定,并插入大气室4的内部。激光器2与光纤3连接,激光器2发出的激光经过光纤3的传导,从圆孔5垂直向下射出。可移动加热装置8是可以根据加热需求向两侧缓慢移动,以保证可以持续地、均匀地对玻璃管的局部位置进行加热。可控喷射口 9是有一组氢氧焰11构成,并且可以根据需求控制单个氢氧焰的强度,用于做出不同大小的原子碱金属气室。截断装置12是有两个氢氧焰11构成,并且可以向内移动,用于截断玻璃管6。
[0030]具体步骤如下:
[0031]步骤I)、将水银10水平放置在仪器下端;
[0032]步骤2)、将玻璃管6固定在转动装置7上,并保证玻璃管6与大气室4连通;
[0033]步骤3)、激光器2开启,产生激光12,通过光纤3到达圆孔5通过圆孔5照射下来,此时若仪器水平,玻璃管6垂直于地面,激光便会反射回圆孔,若仪器并没有处于水平状态或玻璃管6没有垂直于地面,则激光会照射在玻璃管6上,发生散射;
[0034]步骤4)、在确定玻璃管6垂直于底面后,气体从通气管道I进入大气室4使内部气压增大将气体挤压到玻璃管6内;
[0035]步骤5)、此时可移动加热装置8和转动装置7同时工作,可控喷射口 9根据预设的数据分别喷射不同强度的氢氧焰,来对玻璃管6进行加热,转动装置7转动玻璃管6,利用向心力与气压使玻璃管6受热端变形,趋向于正圆。
[0036]步骤6)、玻璃气室制作后,通过通气管道I将所需气体充入气室,并配合截断装置12完成气室制作。
【主权项】
1.一种原子碱金属气室用球体玻璃泡制作方法,其特征在于,该制作方法使用的制作设备包括通气管道(1)、激光器(2)、光纤(3)、大气室(4)、玻璃管¢)、转动装置(7)和可移动加热装置(8);在转动装置(7)内玻璃管(6)两侧有圆孔(5),加热装置(8)靠近玻璃管(6)的一侧有专门喷射氢氧焰的可控喷射口(9),通气管道(I)与大气室(4)相连,玻璃管(6)通过转动装置(7)固定,并插入大气室⑷的内部,激光器(2)与光纤(3)连接,激光器⑵发出的激光经过光纤⑶的传导,从圆孔(5)垂直向下射出; 该制作方法具体步骤如下: 步骤1)、将水银(10)水平放置在该制作设备下端; 步骤2)、将玻璃管¢)固定在转动装置(7)上,并保证玻璃管(6)与大气室(4)连通; 步骤3)、激光器⑵开启,产生激光(12),通过光纤(3)到达圆孔(5)通过圆孔(5)照射下来,此时若该制作设备水平,玻璃管(6)垂直于地面,激光便会反射回圆孔,若该制作设备并没有处于水平状态或玻璃管(6)没有垂直于地面,则激光会照射在玻璃管(6)上,发生散射; 步骤4)、在确定玻璃管(6)垂直于底面后,气体从通气管道(I)进入大气室(4)使内部气压增大将气体挤压到玻璃管出)内; 步骤5)、此时可移动加热装置(8)和转动装置(7)同时工作,可控喷射口(9)根据预设的数据分别喷射不同强度的氢氧焰,来对玻璃管(6)进行加热,转动装置(7)转动玻璃管(6),利用向心力与气压使玻璃管(6)受热端变形,趋向于正圆; 步骤6)、玻璃气室制作后,通过通气管道(I)将所需气体充入气室,并配合截断装置(12)完成气室制作。2.根据权利要求1所述的原子碱金属气室用球体玻璃泡制作方法,其特征在于:在气室制作之前,通过激光器(2)、光纤(3)、圆孔(5)和水银(10)共同构成玻璃管垂直检测装置,用于检测玻璃管的垂直程度,以保证做出球形气室的圆形度。3.根据权利要求1所述的原子碱金属气室用球体玻璃泡制作方法,其特征在于:通气管道(I)与大气室(4)之间可分离,便于将所需固体材料放入所制成的气室内。4.根据权利要求1所述的原子碱金属气室用球体玻璃泡制作方法,其特征在于:可移动加热装置(8)是可以根据加热需求向两侧缓慢移动,以保证可以持续地、均匀地对玻璃管的局部位置进行加热。5.根据权利要求1所述的原子碱金属气室用球体玻璃泡制作方法,其特征在于:可控喷射口(9)是有一组氢氧焰(11)构成,并且可以根据需求控制单个氢氧焰的强度,用于做出不同大小的原子碱金属气室。6.根据权利要求1所述的原子碱金属气室用球体玻璃泡制作方法,其特征在于:可控喷射口(9)与氢氧焰(11)可以撤离玻璃,这样可以通过对玻璃的温度控制实现不同气体压强的气室制作。7.根据权利要求1所述的原子碱金属气室用球体玻璃泡制作方法,其特征在于:截断装置(12)在气室制作后充好气体后使用,并可以向内侧移动以截断玻璃管(6),完成制作。
【专利摘要】本发明涉及一种原子碱金属气室用球体玻璃泡制作方法,该方法可以生产满足原子钟、原子磁场测量以及原子惯性测量用碱金属气室基本要求的球体玻璃泡。该方法同时也涉一种制作设备,一改此前的人工吹制方法,利用外部气室的气压将空气挤压到玻璃管内,同时利用设备转动玻璃管,在预制球的位置对玻璃管进行加热,利用向心力使玻璃泡趋于正球。并使用可移动喷火加热装置对玻璃管进行加热,使其受热均匀。为了保证玻璃管一直垂直于地面,在仪器工作前加入校准工作。通过该方法,使得设备吹制的球体玻璃泡大小、形状可调,形状均匀、可重复性高。在原子钟、原子磁场测量以及原子惯性测量等领域有着重要的应用价值。
【IPC分类】C03B23/07
【公开号】CN104891791
【申请号】CN201510252507
【发明人】袁珩, 张刚源, 曹传贵
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月12日