论文标题：Microfabricated Atomic Vapor Cells with Multi-Optical Channels Based on an Innovative Inner-Sidewall Molding Process

期刊：Engineering

DOI：https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.08.016

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西安交通大学陈瑶、赵立波与西安交通大学第一附属医院王凯飞等研究人员合作在《Engineering》发表了题为“Microfabricated Atomic Vapor Cells with Multi-Optical Channels Based on an Innovative Inner-Sidewall Molding Process”的研究论文，于明智为第一作者，陈瑶、赵立波、王凯飞为通讯作者。

随着量子技术发展，超导量子干涉仪等基于量子现象的精密测量器件受广泛研究，其中碱金属原子气室是核心部件。传统玻璃吹制气室成本高、难批量生产且与微机电系统（MEMS）不兼容。晶圆级制造虽有优势，但批量制造多光路气室仍存工艺复杂等缺点。现有的主流微加工碱金属原子气室只有一个光学通道，不足以支持许多量子器件所需的正交光束配置。在此项研究中，研究团队采用多层阳极键合和精密侧面模压侧成型技术，实现了多通道MEMS碱金属原子气室的批量制造。

图1 多光学通道碱金属原子气室结构。

研究团队提出了一种用于制造多光学通道微型原子气室的新型晶圆级制造工艺，以及一种批量加工毫米玻璃孔内侧壁以满足光通道要求的创新方法。表面表征和透射率测试表明，加工后的内侧壁符合气室光通道的标准。此外，一体化加工平台的搭建集成了多层非等温阳极键合、惰性气体填充以及惰性气体的回收和循环利用等功能。

图2 MEMS多光学通道碱金属原子气室的加工工艺。（a）激光钻孔玻璃晶圆；（b）对硅晶圆进行感应耦合等离子体（ICP）刻蚀；（c）硅与中间玻璃的第一次阳极键合；（d）硅与中间玻璃的第二次阳极键合；（e）将Al₂O₃模具放入之前键合的晶圆孔中；（f）在真空下加热晶圆和模具，进行侧面模压成型；（g）将成型晶圆与底部玻璃阳极键合；（h）注入碱金属；（i）填充缓冲气体并将晶圆键合到顶部玻璃上；（j）切割碱金属气室晶圆。

图3 加工过程中的晶圆照片。（a）激光钻孔后的玻璃晶圆；（b）二次阳极键合后的硅-玻璃-硅晶圆；（c）键合后硅-玻璃-硅晶圆横截面；（d）将氧化铝模具放入硅-玻璃-硅晶圆；（e）内侧壁成型后的硅-玻璃-硅晶圆。

图4 一体化气室制造平台。

在不同的泵探方案下对氙-129（¹²⁹Xe）和氙-131（¹³¹Xe）的吸收光谱和自由感应衰减信号的测量结果表明，所制造的原子气室适用于需要正交光路的量子器件，包括原子陀螺仪、双光束原子磁力计和其他光学/原子器件，所提出的微成型技术在光学器件加工领域具有广阔的应用前景。

图5 制造完成的具有多光学通道的MEMS碱金属原子气室。（a）制造完成的晶圆；（b）气室中的碱金属（插图为Rb液滴）；（c）制造的MEMS碱金属原子气室，具有三个光学通道。

论文题目

Microfabricated Atomic Vapor Cells with Multi-Optical Channels Based on an Innovative Inner-Sidewall Molding Process

基于创新性内侧壁成型工艺的多光学通道微型碱金属原子气室

作者

于明智, 陈瑶*, 王永亮, 韩香广, 罗国希, 赵立波* , 王延斌, 马银涛, 路舜, 杨萍, 林启静, 王凯飞*, 蒋庄德

开放获取论文

https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.08.016

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