用于芯片尺寸磁力计或原子时钟的封装的制作方法

本发明专利大体上涉及封装半导体芯片，且更具体地说，涉及用于磁力计或原子时钟的封装。

背景技术：

1、芯片尺寸原子时钟(csac)和磁力计两者使用围封碱金属--通常为铷(rb)或铯(cs)的蒸汽的蒸汽室。激光器经由所述蒸汽室发送光学波长下的信号，从而激发使用被称作相干布居囚禁(coherent population trapping，cpt)的现象的超精細跃迁。例如，基于铯的csac可使用被调谐为铯的894nm下的d1吸收谱线的激光器。所述激光器扫描围绕所述吸收谱线的频率区域且在光检测器处监测在穿过所述蒸汽室时被吸收的光的量。检测到最大吸收区域且将其用于使由csac或磁力计提供的参考频率稳定。系统中的固有噪声可妨碍提高测量灵敏度的尝试。

2、csac和磁力计使用类似结构，除了一个例外。在无外部磁场的情况下，电子跃迁的塞曼(zeeman)能级简并。然而，在存在外部磁场的情况下，破坏简并，且通过旋磁比和简并量子数mf＝0、+/-1、……、+/-n而使塞曼能级能量分离。在结构上，这意味着当将蒸汽室用于csac时，围绕所述封装提供磁屏蔽以消除外部场且实现偏置以提供塞曼能级的固定分离；然而，磁力计使用经分离吸收谱线的间隔测量磁场的强度。因此，需要产生不同封装以满足这些不同使用需要。需要改进这些装置的制作和稳定性。

技术实现思路

1、所描述实例实施用于csac或磁力计的通过使用正交信号减小噪声的封装。在光束横穿蒸汽室之后，偏振光束分光器将光学信号分离成两个正交信号。所述两个正交信号在由不同光检测器处理时提供差分信号，其在经处理时消除噪声且提高灵敏度。各组线圈，例如亥姆霍兹(helmholtz)线圈可被布置成环绕封装的敏感部分且耦合到可用于为线圈供能的接触件以作为电磁体。在添加差分信号和选择性地阻断磁场的能力的情况下，单个封装可用作csac、零场磁力计或自由感应衰减磁力计。在具有适合的控制电路的情况下，所描述封装可在不同用途之间循环使用。

2、在用于芯片尺寸原子时钟或磁力计的封装的一个方面中，所述封装包含：蒸汽室，其包括碱金属蒸汽；第一与第二光检测器；激光器，其可在激发所述碱金属蒸汽中的电子跃迁的频率下操作，所述激光器定位成提供经由所述蒸汽室引导朝向所述第一光检测器的光学信号；以及偏振光束分光器，所述偏振光束分光器定位于所述蒸汽室与所述第一光检测器之间以接收所述光学信号且将所述光学信号分离成引导朝向所述第一光检测器的第一信号和引导朝向所述第二光检测器的第二信号，所述第一信号正交于所述第二信号。

3、在用于芯片尺寸原子时钟或磁力计的封装的另一方面中，所述封装包含：蒸汽室，其包括碱金属蒸汽；第一光检测器；激光器，其可在激发所述碱金属蒸汽中的电子跃迁的频率下操作，所述激光器定位成将光学信号经由所述蒸汽室引导朝向所述第一光检测器；以及第一、第二和第三组导电线圈，其耦合到电源的接触垫，所述第一、第二和第三组导电线圈被布置成在供电时磁性隔离所述蒸汽室。

4、在用于操作为芯片尺寸原子时钟和磁力计两者的封装的又一方面中，所述封装包含：蒸汽室，其包括碱金属蒸汽；第一与第二光检测器；激光器，其可在激发所述碱金属蒸汽中的电子跃迁的频率下操作，所述激光器定位成提供经由所述蒸汽室引导朝向所述第一光检测器的光学信号；偏振光束分光器，所述偏振光束分光器定位于所述蒸汽室与所述第一光检测器之间以接收所述光学信号且将所述光学信号分离成引导朝向所述第一光检测器的第一信号和引导朝向所述第二光检测器的第二信号，所述第一信号正交于所述第二信号；以及第一、第二和第三组导电线圈，其耦合到电源的接触垫，所述第一、第二和第三组导电线圈被布置成在供电时磁性隔离所述蒸汽室。

技术特征：

1.一种装置，其包括：

技术总结本申请实施例涉及用于芯片尺寸磁力计或原子时钟的封装。在用于芯片尺寸原子时钟或磁力计的封装(200)的所描述实例中，所述封装(200)包含使用碱金属蒸汽的蒸汽室；第一与第二光检测器(108A、108B)，和可在激发所述碱金属蒸汽中的电子跃迁的频率下操作的激光器。所述激光器定位成提供经由所述蒸汽室引导朝向所述第一光检测器(108A)的光学信号。所述封装(200)进一步含有偏振光束分光器，其定位于所述蒸汽室与所述第一光检测器(108A)之间以接收所述光学信号且将所述光学信号分离成引导朝向所述第一光检测器(108A)的第一信号(121A)和引导朝向所述第二光检测器(108B)的第二信号(121B)。所述第一信号(121A)正交于所述第二信号(121B)。技术研发人员：胡安·赫布佐默,本杰明·库克受保护的技术使用者：德州仪器公司技术研发日：技术公布日：2024/1/13