MEMS器件在微型銣原子鐘里的應(yīng)用.pdf

1、原子鐘又稱原子頻標(biāo)，在諸多領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用。其研究一直是各國科研的重要內(nèi)容，由于傳統(tǒng)的原子鐘一直有著大尺寸和高功耗的問題，故近年來，原子鐘的微小型化和低損耗是最主要的研究方向，這也是本文的研究目的。本文將對微型化銣原子鐘整個物理結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，其中著重對吸收泡和激勵線圈進(jìn)行研究。
　　第一，對采用MEMS技術(shù)的Rb-87吸收泡進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。首先，在量子物理模型的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出吸收泡出射光強(qiáng)與入射光強(qiáng)的關(guān)系式。接著，運(yùn)用

2、經(jīng)典振子理論，證明Rb燈光譜的形狀為Lorentzian線形。最后，運(yùn)用Lorentzian線形函數(shù)對吸收泡出射光強(qiáng)與入射光強(qiáng)的關(guān)系式進(jìn)行修正，分析關(guān)系式中躍遷系數(shù)、頻移、譜線寬度、原子濃度等參數(shù)的影響。結(jié)果表明:當(dāng)吸收泡中選擇的惰性氣體為Kr和N2且體積比約為1∶1，惰性氣體壓強(qiáng)為50Torr，Rb-87為1.736×10-13mol，吸收泡厚度為0.9mm時，可得到一個高探測靈敏度和高吸收率的微型吸收泡。
　　第二，對激勵線圈

3、進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造和分析。首先，使用三種簡化的電感計(jì)算公式（Wheeler公式，電流近似公式，數(shù)值擬合公式）對電感Q值進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算的結(jié)果與基于單π集總參數(shù)模型的簡化物理模型所計(jì)算出的Q值進(jìn)行比較。得到了這三種公式所適用的工作頻率、器件結(jié)構(gòu)參數(shù)。接著，通過HFSS建模和仿真計(jì)算，得到了所設(shè)計(jì)的MEMS激勵電感的相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)，基于這些參數(shù)完成了MEMS電感的工藝制造，制造過程主要包括光刻，顯影，濺射，剝離，微電鍍，超聲壓焊，PDMS封裝等