微型原子气室与光子芯片加工工艺的混合集成
技术描述
基于光子芯片和微型原子气室，实现片上可集成的电、磁测量元件。其中，微型原子气室作为光与原子相互作用的平台，用以感知环境中的电场或磁场。光子芯片用来代替宏观光学器件和探测设备，比如极化分束器、耦合器和光电探测器等，在大幅降低器件尺寸的同时，完成对各种光信号的调控和探测。 还可以解决以下实际问题： 1.现有雷达系统的接收天线通常都是金属天线，对微波电信号的探测精度受到尺寸、形状、探测角度、工作环境等因素制约，特别单一形状的天线不具有全波段覆盖的能力。另外，传统雷达系统往往需要复杂的电路连接和滤波放大处理，体积较大。基于芯片级原子气室有望克服这些问题。比如：碱金属原子具有大电偶极矩，可以与DC至THz非常宽的频率范围内的无线电信号发生强耦合，而且不受原子气室几何尺寸的限制，测量精度和信道容量可远超同等尺寸的传统电偶极天线。 微型原子气室，因为空间狭小，原子与内壁碰撞概率较大，原子的退极化速度非常快，辐射线宽较大，往往导致无法实现对电磁场的精密测量。通过在原子气室内壁镀一层抗弛豫膜层和填充缓冲气体，则可以保证较高的原子极化寿命，进而可以同时获得高分辨率和高灵敏度。
技术优势
1. 芯片级原子气室在电磁传感方面具有显著的技术优势，包括更高的灵敏度和精度（可达到飞特斯拉级别），更小的尺寸和集成度，极低的漂移和长时间稳定性，能够实现高分辨率测量，以及在复杂环境中更好的抗干扰能力，使其在精密科学研究、医疗成像、导航定位等高要求领域中表现出色。 2. 微型原子气室已成为各国竞相研发的、具有战略意义的装置，其中，美国的技术水平处于全球领先地位。举例如下：美国的国家标准与技术研究所(NIST)、国防高级研究计划局（DARPA）、霍普金斯大学以及Geometrics、Quspin等多家公司；德国的莱布尼茨光子技术研究所；以色的列希伯来大学；日本的国立信息通信技术研究所；中国科学院武汉物理与数学研究所、清华大学、中北大学、中国科学技术大学、北京未磁科技等。然而，尚未发现有将微型原子气室镀膜技术与光子芯片加工工艺相结合的产品报道。
效果指标
1. 光子芯片级原子气室，作为微型原子气室的升级版，同样将会具有广泛的产业化前景。在通讯行业，这些传感器可以用于实时监控和调节信号传输，提高通信质量；在导航和定位中，可应用于惯性导航系统和全球导航卫星系统的增强，提高飞行器姿态控制精度；在医疗设备中，提升磁场成像等设备的成像质量和诊断准确性；在工业自动化中，实现高精度的位置和运动控制，提高生产效率；在环境监测中，提供精确数据支持环境保护；在量子计算和通信中，应用于量子态的测量和量子通信监测；在安全与防护中，监测电磁环境变化，用于国家安全；在消费电子中，提升智能设备功能和用户体验；在科学研究中，支持光与物质相互作用的前沿研究；在能源领域，提高电力系统和新能源技术的利用效率和安全性；在自动驾驶中，实现精确的车辆定位和环境感知；在智能电网中，监测电磁场变化，实现高效运行和故障检测。随着技术的发展和成本的降低，预计芯片级原子气室将在更多领域实现产业化应用。 2. 光子芯片与微型原子气室混合集成，目前处于概念验证阶段，尚未发现大范围的应用推广。