真空度优于1×10-8Pa的全玻璃光学原子腔及设备制作方法与设计方案

图片简介:
本技术介绍了一种真空度优于1×108Pa的全玻璃光学原子腔及制备方法,其全玻璃光学原子腔包括光学
真空腔体、导管、光学窗口片、真空转接器及压片,所述光学真空腔体为任意形状平面的多面体,多面体的平面上设有光学窗口,光学窗口向多面体内延伸的孔洞形成同一内腔;所述光学窗口片固定于所述光学窗口上;所述导管一端固定连接光学真空腔体,另一端通过压片与真空转接器连接,真空转接器另一端连接真空泵。采用光胶真空键合工艺,该工艺实施过程始终在真空环境中进行,适当的温度和负压环境有利于被键合物体表面气体排出更好的形成物体间分子与分子之结合。本技术实现了真空腔体的工作区域内完全无金属物质的结构,使得工作区域不会受到不锈钢真空腔体的磁场干扰。
技术要求
1.一种真空度优于1×10-8Pa的全玻璃光学原子腔,其特征在于,它包括光学真空腔体、导管、光学窗口片、真空转接器及压片,所述光学真空腔体为任意形状平面的多面体,多面体的平面上设有光学窗口,光学窗口向多面体内延伸的孔洞形成同一内腔;
所述光学窗口片固定于所述光学窗口上;
所述导管一端固定连接光学真空腔体,另一端通过压片与真空转接器连接,真空转接器另一端连接真空泵。
2.根据权利要求1所述的全玻璃光学原子腔,其特征在于,所述光学窗口的尺寸小于所在平面的尺
寸;光学窗口片的尺寸大于光学窗口尺寸,小于或等于光学窗口所在平面的尺寸。
3.根据权利要求1或2所述的全玻璃光学原子腔,其特征在于,所述光学窗口片的通光范围小于或等于所在光学窗口尺寸;光学窗口片为平面或非平面,非平面为球面;光学窗口片的通光处双面镀膜。
4.根据权利要求1所述的全玻璃光学原子腔,其特征在于,所述导管至少为一个;导管一端端口处设有环形凸台。
5.根据权利要求1所述的全玻璃光学原子腔,其特征在于,所述真空转接器为金属管状法兰件,一端设有环形凹槽;所述压片为环状金属件,其上设有环形凹槽,凹槽外侧均匀分布有螺栓孔。
6.一种权利要求1所述真空度优于1×10-8Pa的全玻璃光学原子腔的制备方法,其特征在于,该方法包括以下具体步骤:
步骤1:在熔融石英材料上,通过光学冷加工的方式制作任意形状平面的多面体光学真空腔体的轮廓外形;
多面体最长对角线长度至多300 mm,多面体最短对角线长度至少30 mm;
在光学真空腔体的数平面上,向体内加工光学窗口,各光学窗口延伸的孔洞形成同一内腔;光学窗口
边缘和所在面的棱边的距离至少5 mm;光学窗口向多面体内部研磨形成的内腔的腔壁最薄处至少8 mm;
对腔室内表面进行抛光处理,表面粗糙度指标:Ra≤1.2nm;
步骤2:对光学真空腔体的外表面进行研磨抛光;外表面质量应满足以下条件:面形PV≤λ/10,表面粗糙度Ra≤0.6nm,表面疵病Β在美军标MIL-13830A的规则下优于10-5;
步骤3:光学窗口片为熔融石英材料,其直径ϕ或对角线长度与厚度比为≤8/1;外形尺寸小于等于窗口片所在腔体表面平面尺寸;
光学窗口片通光口径内的光学表面面型,平面应满足:面形PV≤λ/10,表面粗糙度Ra≤0.6nm,表面疵病Β在美军标MIL-13830A的规则下优于10-5;非平面应满足:表面粗糙度Ra≤0.6nm,表面疵病Β在美军标MIL-13830A的规则下优于10-5;
当光学窗口片通光口径内的光学表面为非平面时,光学表面为正球面、负球面;正球面曲率半径至少为窗口片通光口径的0.65倍;负球面曲率半径球面曲率半径不得超过1m;
对光学窗口片通光处双面镀膜;
光学窗口片与光学真空腔体上的窗口通过光胶真空键合工艺连接;
步骤4:导管为熔融石英材料,其一端端口处设有环形凸台,导管外直径至少40mm;管壁厚度至少6mm;环形凸台外径比管壁外径大至少5 mm;凸台表面面型的不平度:≤0.0002mm;导管平口的一端与光学真空腔体通过光胶真空键合工艺连接;
步骤5:真空转接器为金属管状法兰件,一端为真空CF法兰结构,另一端设有环形凹槽,其环形凹槽外侧均匀分布有螺栓孔;真空转接器一端的环形凹槽内径与导管环形凸台外径尺寸对应;
步骤6:压片为环状金属件,其上设有环形凹槽,环形凹槽内径与导管环形凸台外径尺寸对应,环形凹槽外侧均匀分布有螺栓孔;压片环形凹槽与真空转接器环形凹槽厚度之和小于导管环形凸台的厚度1~2mm;
喷墨打印机墨水步骤7:真空连接器与导管连接时,先将压片套装于导管外侧且使压片凹槽与导管环形凸台契合;真空连接器一端的环形凹槽平面内放置1~2圈铟丝,铟丝直径1.5~2mm;导管环形凸台放入真空连接器环形凹槽内,在真空连接器和压片对应的螺栓孔内置入螺栓压紧,使铟丝受到均匀挤压,实现密闭连接,制得所述真空度优于1×10-8Pa的全玻璃光学原子腔。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述光胶真空键合工艺连接,具体包括:
①光学抛光:对物体表面采用古典法抛光方式进行精细的光学表面抛光,抛光过程中控制环境温度22
±1摄氏度,温度变化梯度<0.1摄氏度/小时;使用水选后的抛光粉,具体为用500目超细抛光粉用水溶解后,充分搅拌沉淀24小时,取上层10% 的超细颗粒进行抛光研磨;以保证需要键合的表面面形误差≤λ/10;抛光表面粗糙度:Ra≤0.6nm;表面疵病Β在美军标MIL-13830A的规则下优于10-5即无缺陷;
②光胶:对步骤①抛光后的表面用去离子水超声清洗后,再用99.5%酒精清洗,在百级超净环境下光胶:先用纯度大于99.9%的无水乙醇、纯度大于99.7%石油醚,按照9∶1的比例混合后,使用混合液体和无尘布将需要键合的表面擦拭干净,将需光胶的两表面贴合,施加每平方厘米<0.2千克的压力,使两表面间分子吸附完成光胶;
③真空键合:将经步骤②光胶后的整体放入真空室内抽真空至10-3Pa,以2℃/每分钟的升温速率加温到220℃,持续保持真空室内220℃、10-3Pa环境24小时后自然冷却至室温,物体间键合形成,键合表面间抗拉强度大于4MPa。
技术说明书
一种真空度优于1×10-8Pa的全玻璃光学原子腔及制备方法
技术领域
本技术涉及光学实验设备领域,具体涉及一种超高真空、石英玻璃、整体光学腔室及制备,是一种可
实现全部光学窗口内外双表面镀膜的超高真空的全玻璃光学腔体即一种真空度优于1×10-8Pa的全玻璃光学原子腔及制备方法。
背景技术
超高真空为各种表面科学研究,材料生长和器件应用提供基础;也是各种冷原子、分子研究平台的实验基础。具体涉及半导体、凝聚态物理、化学、新材料研究和生物科学等各个领域。
一般来说,超高真空系统由真空泵,真空计,真空气室等部件组成。核心为实现超高真空环境,即真空度优于10-8Pa。在超高真空系统中,真空腔室漏率,内壁放气量等因素限制了该腔室的极限真空度。目前,腔室一般采用不锈钢材料,为了实现控制激光进入真空内部,或者采集真空内部的光信号,需要在不锈钢腔室上添加玻璃真空窗口。
不锈钢材料由于其金属磁特性,难免引起微弱的磁化现象。从而导致真空内部有额外的磁场,并且这样的磁场具有时间和空间的不对称性,导致内部磁场环境复杂。甚者,如果不锈钢腔体范围有主动的磁场变化,也会导致不锈钢腔体上一些闭合的金属回路产生涡流。进一步加剧了真空腔体内部磁场的复杂度。
目前国内外有报道的玻璃高真空腔体,腔体光学窗口只能外表面镀膜。虽然也不含任何金属成分,可以实现内部磁场的相对洁净,但是单面镀膜严重影响通光效率,造成严重的光污染。
常规键合:
高温键合——键合需在高温加压下进行,有时温升需接近物体熔点或软化点。缺点光学窗口表面质量和膜层会被破坏。车辆调度系统流程
低温键合——氢氧化物催化键合,键合过程中含有氢氧化物的键合液会使石英玻璃表面水解。缺点光学窗口表面质量和膜层会被破坏。
受到当前腔体制作方法和镀膜工艺技术限制,内表面无法镀膜会在光学窗口片介质面产生的额外光学吸收,不仅导致探测效率的降低,还会导致穿越视窗玻璃的光学谐振腔结构难以实现。由于内表面无法镀膜产生的额外杂散光,也有可能导致工作光路上产生额外的干涉条纹,还会增加探测噪声。
如果优先光学窗口内外表面镀膜,再以化学胶粘接或烧接方式组合成玻璃腔则无法达到超高真空环境和腔室内洁净度要求。采用化学胶粘结,会随着时间积累,胶体本身产生挥发和放气,影响内部真空度。采用烧接的方式,玻璃烧接温度超过膜系承受范围,又会导致膜系的破坏。
因此,设计一种既可实现光学窗口片双面镀膜,又同时能实现超高真空环境的全玻璃结构真空腔已经成为迫切的科研和市场需求。
技术内容
人工鱼礁>传输带
本技术的目的是针对现有技术的不足而提供的一种真空度优于1×10-8Pa的全玻璃光学原子腔及制备方法,腔体所有零部件均选用石英材料,腔体各零部件的组合,全部采用光胶真空键合低温键合工艺完成。
实现本技术目的的具体技术方案是:
一种真空度优于1×10-8Pa的全玻璃光学原子腔,它包括光学真空腔体、导管、光学窗口片、真空转接器及压片,所述光学真空腔体为任意形状平面的多面体,多面体的平面上设有光学窗口,光学窗口向多面体内延伸的孔洞形成同一内腔;
所述光学窗口片固定于所述光学窗口上;
所述导管一端固定连接光学真空腔体,另一端通过压片与真空转接器连接,真空转接器另一端连接真空泵。
防护服生产线设备所述光学窗口的尺寸小于所在平面的尺寸;光学窗口片的尺寸大于光学窗口尺寸,小于或等于光学窗口所在平面的尺寸。
所述光学窗口片的通光范围小于或等于所在光学窗口尺寸;光学窗口片为平面或非平面,非平面为球面;光学窗口片的通光处双面镀膜。
所述导管至少为一个;导管一端端口处设有环形凸台。
所述真空转接器为金属管状法兰件,一端设有环形凹槽;所述压片为环状金属件,其上设有环形凹槽,凹槽外侧均匀分布有螺栓孔。
一种上述真空度优于1×10-8Pa的全玻璃光学原子腔的制备方法,该方法包括以下具体步骤:道路交通事故现场图
步骤1:在熔融石英材料上,通过光学冷加工的方式制作任意形状平面的多面体光学真空腔体的轮廓外形;
多面体最长对角线长度至多300 mm,多面体最短对角线长度至少30 mm;
在光学真空腔体的数平面上,向体内加工光学窗口,各光学窗口延伸的孔洞形成同一内腔;光学窗口边缘和所在面的棱边的距离至少5 mm;光学窗口向多面体内部研磨形成的内腔的腔壁最薄处至少8 mm;

本文发布于:2024-09-22 15:34:08,感谢您对本站的认可!

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