Page 103 - 《真空与低温》2025年第3期

374 真空与低温 第 31 卷 第 3 期

加工两种结构类似、尺寸不同的气室，一种为 6 mm× 素，搭建光学平台对 6 mm×6 mm×5 mm 的原子气
6 mm×5 mm， 如 图 4（a）所 示 ， 另 一 种 为 10 mm× 室进行了测试，其中包括激光器、1/4 偏振片、反射
10 mm×5 mm，如图 4（b）所示。图中可以清晰地看 镜、原子气室、磁屏蔽装置、C 场线圈、加热保温
到释放后凝结的铷液滴，以及硅通孔边界上的金属 装置、光电探测器和示波器等，其示意图和实物图
光泽，说明气室中的铷处于过量状态，超出饱和蒸 分别如图 5（a）和（b）所示。激光器的波长为 795 nm，
气压的铷原子以液态形式凝结在玻璃壁上。 对应铷原子的 D1 谱线跃迁波长，测试时对原子气

室进行加热并控制温度稳定，常温下铷元素的饱和

1 mm 2 mm
蒸气压很低，主要以固态形式存在，无法显示出
信号。加热后铷的饱和蒸气压逐渐提高，至 50 ℃
左右开始出现吸收峰的信号，随着温度逐渐升高，
吸收峰逐渐增大，这是因为随着温度升高，铷原子
的饱和蒸气压逐渐变大，铷原子的数密度增大，与
光作用的气态形式铷原子变多，使得吸收峰更加明
显。图 6 显示了加热到 65 ℃ 原子气室的吸收谱线
（a）6 mm×6 mm （b）10 mm×10 mm 图，激光频率随着时间呈周期性变化，在半个扫频
周期，即一个上升沿内，可以观察到四个明显的吸
图 4 制备完成后的 MEMS 原子气室
收峰，左起第一个吸收峰和最后一个吸收峰幅度较
Fig. 4 Atomic vapor cell after fabrication

小，是 Rb 的两个 D1 吸收峰，中间两个吸收峰幅度
87
3 测试结果 85
较大，是 Rb 的两个 D1 吸收峰，这是由于碱金属释
85
3.1 铷原子吸收谱线测量 放剂中的铷元素是自然铷，其中 Rb 约占 72.2%，
为了进一步验证原子气室内壁的液滴为铷元 87 Rb 约占 27.8%。

反射镜
激光器
795 nm
磁屏蔽
1/4 玻片 加热保温

示波器 光电探测器
原子气室
反射镜 原子气室
C 场线圈
（a）示意图 （b）实物图

图 5 铷原子气室光学测试装置
Fig. 5 Rubidium atomic vapor cell optical testing device

4 87 Rb 吸收峰 3.2 原子气室寿命测试
吸收谱线跃迁信号相对强度 3 2 1 了 究表明，原子气室内碱金属原子的消耗速度随温度
为了检测原子气室的键合质量和寿命，测试

的原子气室寿命。相关研
10 mm×10 mm×5 mm

[14]
上升而加快 ，因此可以通过高温烘烤的方式来加
Rb 吸收峰
85
0
250 ℃
10
5
0
15
时间/μs 20 25 30 速原子气室的老化。将原子气室放入烘箱，在 7（a）～
6 h，在不同阶段取出并观察记录，如图
下烘烤
图 6 65 ℃ 下铷原子气室吸收谱线图 （e）所示，可以观察到铷液滴会因为气室在取出烘
Fig. 6 Absorption spectrogram of rubidium vapor cell at 65 ℃ 箱时的角度不同，凝结在不同的位置，烘烤 6 h 后