Page 104 - 《真空与低温》2025年第3期

呼振宇等：基于厚硅片的 MEMS 碱金属原子气室的制备研究 375

仍然有铷液滴存在，且凝结在玻璃壁上的铷液滴面 的图片如图 7（f）所示，仍然可以观察到铷液滴凝结
积没有显著减小，这说明铷原子在烘烤过程中没有 的位置，铷原子仍然有大量剩余且过量，说明该工
明显损失。此外，原子气室在室温下放置 6 个月后 艺加工的 MEMS 原子气室的寿命至少为 6 个月。

（a）烘烤 0 h （b）烘烤 1 h （c）烘烤 3 h

（d）烘烤 4 h （e）烘烤 6 h （f）室温下放置 6 个月
图 7 原子气室在 250 ℃ 下烘烤 6 h 不同阶段以及在室温下放置 6 个月后的图片
Fig. 7 Atomic vapor cell baked at 250 ℃ for 6 hours at different stages and left at room temperature for 6 months

4 总结 参考文献：
本文设计了一种具有两个腔室的玻璃/硅/玻璃 [1] KITCHING J. Chip-scale atomic devices[J]. Applied Physics

三层结构的原子气室，利用激光切割和喷砂技术， Reviews，2018，5（3）：031302.
在不加入其他复杂工艺的条件下实现了 3 mm 的 [2] KNAPPE S，SHAH V，SCHWINDT P D D，et al. A microfab-
光路长度。利用阳极键合技术和高功率激光分解 ricated atomic clock[J]. Applied Physics Letters，2004，85（9）：
释放剂的方法制备了内有 7 kPa 氮气作为缓冲气体 1460−1462.
的 MEMS 铷原子气室，单个原子气室的尺寸可以 [3] 李云超，胡旭文，刘召军，等. 芯片原子钟原子气室的研究
进展 [J]. 激光与光电子学进展，2018，55（6）：060003.
达到 6 mm×6 mm×5 mm。该工艺在不加入复杂工
艺和结构的条件下，完成了 MEMS 原子气室的封 [4] BELL W E，BLOOM A L，LYNCH J. Alkali metal vapor spec-
tral lamps[J]. Review of Scientific Instruments，1961，32（6）：
装并达到了 3 mm 的光路长度，而且可以根据需要
688−692.
加工更厚的硅片，达到更长的光路长度。由于本实
[5] 王涛龙. 芯片原子钟的集成反射型气室设计、制造和测试
验主要是为了验证工艺方法和可行性，因此采用了
[J]. 中国激光，2025，52（1）：0104003.
成本较低的自然铷释放剂，下一步研究将会根据应
[6] KITCHING J，KNAPPE S，HOLLBERG L. Miniature vapor-
用需要，采用铷同位素释放剂或铯释放剂。通过搭
cell atomic-frequency references[J]. Applied Physics Letters，
建光学平台测试，能够测量到铷原子的 D1 吸收谱
2002，81（3）：553−555.
线，证明原子气室封装成功，且维持 6 个月后气室 [7] CHUTANI R，MAURICE V，PASSILLY N，et al. Laser light
内仍有明显的铷液滴存在，这证明了该工艺方法的 routing in an elongated micromachined vapor cell with diffra-
可行性，且具备晶圆加工的条件，可以实现 MEMS ction gratings for atomic clock applications[J]. Scientific Re-
原子气室的批量生产和小型化。 ports，2015，5（1）：14001.