专利名称：一种多窗面玻璃气室的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多窗面玻璃气室，尤其是涉及一种可用于磁光阱装置的超高真空玻璃气室，适用于激光冷却与囚禁中性原子、冷原子光谱实验研究、冷原子电磁诱导透明实验研究、玻色-爱因斯坦凝聚、腔中原子的动力学、原子光学、量子信息等领域。
背景技术：
中性原子的激光冷却与囚禁是上世纪八十年代发展起来的新的实验技术，相关的研究工作曾于1997年获得了诺贝尔物理学奖。激光冷却技术使中性原子的温度达到mK量级，并进入nK量级，从而开辟了“冷原子物理”研究的新篇章，以冷原子为基础的研究成果日新月异，借助于激光冷却与囚禁技术，物理学家于1995年实现了玻色-爱因斯坦凝聚，相关的研究工作于2001年再次获得诺贝尔物理学奖。目前，激光冷却与囚禁的中性原子，已被用来研究原子频标、原子光学、玻色-爱因斯坦凝聚、原子激光、电磁诱导透明、腔量子电动力学以及量子信息等。
用于中性原子激光冷却与囚禁的磁光阱装置是目前比较成功而又具有代表性的实验装置，是制备和研究冷原子的基本实验工具，国际上开展冷原子物理及其相关研究的实验小组几乎都建有磁光阱实验装置。磁光阱的核心部分是激光与原子相互作用的真空气室(或真空腔)。磁光阱真空气室的设计制作尚无统一的标准，不同的研究小组使用的磁光阱真空气室各不相同。目前，还没有一种设计精巧、通用性好、可商品化的磁光阱真空气室。
磁光阱工作时，需要将3对起冷却与囚禁作用的激光束和1束起再泵浦作用的激光束交汇于非均匀磁阱的中心点，这些光束需要3到4对光学窗口。另外，磁光阱真空室需要给CCD(Charge CoupledDevice，电荷耦合装置)监视信号或给接收荧光信号用的光电二极管等预留1块光学窗口。在原子被冷却、囚禁以后，开展光与冷原子团相互作用的物理实验时，还需要有1对可施加额外作用激光束的光学窗口。因此，一块完整的可用于冷原子物理研究的磁光阱真空室至少需要有9块透光窗口。通常的磁光阱真空室用不锈钢圆柱腔制成，透光窗口采用标准法兰型玻璃观察窗，这些观察窗以特定的空间位置焊接于不锈钢圆柱腔体上。用金属腔和观察窗组成的磁光阱真空室的最大优点是结构坚固，空间对称性好。但由于其体积往往比较大，难以小型化，从而使整块系统显得很笨重；其次，由于金属腔的体积大，置于真空室外部的磁场线圈的直径也难以缩小，与内径较小的磁场线圈相比，产生相同的磁场梯度需要消耗更多的电功率；另一方面，不锈钢材料往往具有剩磁，这对一些特殊的磁光阱，如玻色-爱因斯坦凝聚装置、原子喷泉装置等，具有极其不利的影响。
为了克服不锈钢真空室的上述缺点，人们采用玻璃真气室来组成磁光阱。目前，最常见的玻璃气室为的中空长方体形，长方体的一个端面与真空泵连结，其余5个端面用于通光和探测信号。长方体形玻璃气室很好地解决了磁光阱小型化和磁场优化的问题，但存在的问题是，垂直透光窗面太少，仅可以两对光束垂直通过气室，其余的光束只能斜入射通过气室。与垂直入射方式相比，斜入射光会产生更多的杂散光，而这些杂散光对形成高质量的磁光阱来说也是极其不利的。

发明内容
本发明的目的是提供一种多窗面玻璃气室，解决现有磁光阱气室窗面少、通用性差的缺陷。该气室有多个窗面，通用性好、结构简单、功能多、可商品化。
为了达到上述目的，本发明采用如下设计方案采用带有刀口密封法兰的标准高真空不锈钢-石英过渡管与有规则几何形状的玻璃容器构成多窗面玻璃气室。玻璃气室选用石英材料，气室的外形为正八棱柱形，气室的上、下底面为正八边形石英玻璃片，八块侧面为矩形石英玻璃片，其中3块矩形石英玻璃片上开有圆孔。不锈钢-石英过渡管与1块开有圆孔的矩形石英玻璃片相连，该圆孔矩形石英玻璃片分别与2块矩形石英玻璃片、2块正八边形石英玻璃片相连，正八边形石英玻璃片分别与其它5块矩形石英玻璃片和2块有圆孔的矩形石英玻璃片相连，2块有圆孔的矩形石英玻璃片分别与2块带有布鲁斯特(Brewster)窗的石英圆管相连。以上3块有圆孔的矩形石英玻璃片、5块矩形石英玻璃片、2块正八边形石英玻璃片共同连结成为一个八棱柱形玻璃容器。所有的石英玻璃片均有较好的光洁度，符合光学质量要求。石英玻璃片的连结处进行焊接或其它密封连接处理，能满足超高真空的要求。
本发明与现有的磁光阱真空玻璃气室相比具有以下优点(1)采用规则的正八棱柱形气室，可以有9个形状规则的透光窗面(4对+1个通光窗面)，可同时安排3对囚禁光束、1个信号探测器和1对作用光束，适合于开展光与冷原子相互作用的物理实验，如玻色-爱因斯坦凝聚、冷原子电磁诱导透明、腔中原子的动力学研究等。
(2)气室采用了石英材料，适用于紫外光、可见光和近红外光波段，适宜的光谱范围宽。
(3)有一对布鲁斯特窗，可极大地方便具有线偏振特性的作用光或探测激光束的通过。
(4)体积小巧，结构坚固，空间对称性好，便于商品化，适于组建小型标准化磁光阱装置。


图1为多窗面玻璃气室的主视图。
图2为多窗面玻璃气室的俯视图。
图3为多窗面玻璃气室的右视图。
图4为多窗面玻璃气室的立体图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细描述法兰1选用型国际标准不锈钢刀口法兰，其孔径比较适合于大多数磁光阱真空系统，法兰也便于同其它带有CF35法兰的真空泵或真空阀连接。
不锈钢—石英过渡管2的不锈钢一端与不锈钢法兰焊接，石英一端与石英气室的1个开有圆孔的窗面焊接。通常标准刀口法兰1和不锈钢—石英过渡管2作为一个整体部件，可在大多数真空器件供应公司购置。
矩形石英玻璃片3用于构造八棱柱形玻璃气室的侧面，共有3a、3b、3c、3d、3e等相同的5片，侧面之间的密封连接处构成八棱柱形玻璃气室的侧棱。
开有圆孔的矩形石英玻璃片4用于构造八棱柱形玻璃气室的侧面，并与外接石英圆管在圆孔处焊接，共有4a、4b、4c相同的3片，其中，4a与不锈钢—石英过渡管2密封连接，4b和4c分别与带布鲁斯特窗口的石英圆管6a和6b密封连接。
正八边形石英玻璃片5用于构造八棱柱形玻璃气室的上、下底面，其中5a为上底面，5b为下底面，正八边形石英玻璃上、下底面的边依次与侧面4a、3a、4b、3b、3c、3d、4c、3e的上、下边密封连接。
带布鲁斯特窗口的石英圆管6将一截石英圆管的一端按布鲁斯特角(55.6°)切割或磨成椭圆形斜口，图3中，部件6a的左下方的截角为布鲁斯特角的余角(34.4°)，同样，部件6b的右下方的截角为布鲁斯特角的余角(34.4°)。石英圆管的椭圆形斜口上密封焊接一片边缘吻合的椭圆形石英玻璃片，构成布鲁斯特窗。相同的部件有6a、6b两件。6a、6b的圆形开口一端分别与矩形石英玻璃侧面4b、4c的圆孔边缘密封焊接。6a和6b的布鲁斯特窗的斜面朝上。
根据图1、图2、图3和图4所示，该多窗面玻璃气室由法兰1、不锈钢-石英过渡管2和石英玻璃片构成，不锈钢-石英过渡管2与开有圆孔的矩形石英玻璃片4a相连，有圆孔的矩形石英玻璃片4a分别与矩形石英玻璃片3a、3e、正八边形石英玻璃片5a、5b相连，有圆孔的矩形石英玻璃片4b与矩形石英玻璃片3a、3b相连，有圆孔的矩形石英玻璃片4c与矩形石英玻璃片3d、3e相连，矩形石英玻璃片3c分别与矩形石英玻璃片3b、3d相连。正八边形石英玻璃片5a分别与矩形石英玻璃片3a、3b、3c、3d、3e、有圆孔的矩形石英玻璃片4b、4c相连。正八边形石英玻璃片5b分别与矩形石英玻璃片3a、3b、3c、3d、3e、有圆孔的矩形石英玻璃片4b、4c相连。以上3块有圆孔的矩形石英玻璃片、5块矩形石英玻璃片、2块正八边形石英玻璃片共同连结成为一块八棱柱形玻璃容器。有圆孔的矩形石英玻璃片4b与石英圆管6a相连。有圆孔的矩形石英玻璃片4c与石英圆管6b相连。标准刀口法兰1和不锈钢-石英过渡管2构成可阀，作为多窗面玻璃气室与真空系统的连接件。矩形石英玻璃片3、有圆孔的矩形石英玻璃片4、正八边形石英玻璃片5构成八棱柱形玻璃气室。带布鲁斯特窗口的石英圆管6a、6b构成一对布鲁斯特光学窗。
以上技术方案可实现一种通用性好、结构简单、多窗面、多功能、可商品化的磁光阱玻璃真空气室。
权利要求
1.一种多窗面玻璃气室，该气室由法兰(1)、不锈钢-石英过渡管(2)石英玻璃片构成，其特征在于不锈钢-石英过渡管(2)与开有圆孔的矩形石英玻璃片(4a)相连，有圆孔的矩形石英玻璃片(4a)分别与矩形石英玻璃片(3a)、(3e)、正八边形石英玻璃片(5a)、(5b)相连，有圆孔的矩形石英玻璃片(4b)、(4c)分别与矩形石英玻璃片(3a)、(3b)、(3d)、(3e)相连，矩形石英玻璃片(3c)分别与矩形石英玻璃片(3b)、(3d)相连。
2.根据权利要求1所述的一种多窗面玻璃气室，其特征在于正八边形石英玻璃片(5a)分别与矩形石英玻璃片(3a)、(3b)、(3c)、(3d)、(3e)、有圆孔的矩形石英玻璃片(4b)、(4c)相连。
3.根据权利要求1所述的一种多窗面玻璃气室，其特征在于正八边形石英玻璃片(5b)分别与矩形石英玻璃片(3a)、(3b)、(3c)、(3d)、(3e)、有圆孔的矩形石英玻璃片(4b)、(4c)相连。
4.根据权利要求1所述的一种多窗面玻璃气室，其特征在于有圆孔的矩形石英玻璃片(4b)与石英圆管(6a)相连。
5.根据权利要求1所述的一种多窗面玻璃气室，其特征在于有圆孔的矩形石英玻璃片(4c)与石英圆管(6b)相连。
全文摘要
本发明公开了一种多窗面玻璃气室，该气室由法兰、不锈钢－石英过渡管(可阀)、石英玻璃片构成，其特征在于不锈钢－石英过渡管与开有圆孔的矩形石英玻璃片相连，有圆孔的矩形石英玻璃片分别与矩形石英玻璃片、正八边形石英玻璃片相连，有圆孔的矩形石英玻璃片分别与带有布鲁斯特(Brewster)窗的玻璃圆管相连，有圆孔的矩形石英玻璃片、矩形石英玻璃片、正八边形石英玻璃片共同连结成为一块八棱柱形玻璃容器。本发明通用性好，结构简单，功能多，可商品化。
文档编号G01N33/00GK1632571SQ20041006104
公开日2005年6月29日 申请日期2004年11月5日 优先权日2004年11月5日
发明者王谨, 江开军, 李可, 涂鲜花, 孔令波, 王平, 李润兵, 王晓锐, 赵朋义, 吕宝龙, 詹明生 申请人:中国科学院武汉物理与数学研究所