MEMS器件在微型銣原子鐘里的應用.pdf

1、原子鐘又稱原子頻標，在諸多領域中發(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構系統(tǒng)進行設計分析，其中著重對吸收泡和激勵線圈進行研究。
　　第一，對采用MEMS技術的Rb-87吸收泡進行研究設計。首先，在量子物理模型的基礎上，推導出吸收泡出射光強與入射光強的關系式。接著，運用

2、經典振子理論，證明Rb燈光譜的形狀為Lorentzian線形。最后，運用Lorentzian線形函數對吸收泡出射光強與入射光強的關系式進行修正，分析關系式中躍遷系數、頻移、譜線寬度、原子濃度等參數的影響。結果表明:當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、進行設計、制造和分析。首先，使用三種簡化的電感計算公式（Wheeler公式，電流近似公式，數值擬合公式）對電感Q值進行計算，并將計算的結果與基于單π集總參數模型的簡化物理模型所計算出的Q值進行比較。得到了這三種公式所適用的工作頻率、器件結構參數。接著，通過HFSS建模和仿真計算，得到了所設計的MEMS激勵電感的相關結構參數，基于這些參數完成了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