原子气室只有单通道？我国团队造出“多窗口”量子“小房子”

你知道吗？量子传感器的“心脏”——原子气室，过去只能开“单扇窗”，限制了多光束操作的可能。如今，我国西安交通大学团队在《Engineering》期刊上公布一项新技术：通过微纳加工造出“多窗版”原子气室，让量子设备能同时“接收”多束激光，为高精度原子钟、磁强计等设备升级提供了关键部件。

传统气室的“单窗困境”：量子设备的“视野”受限

原子气室是量子传感器的核心——它像个“小房子”，里面装着铷（Rb）等碱金属原子和氙气（129Xe、131Xe），激光通过气室与原子相互作用，就能探测磁场、旋转等微小变化。但传统气室有个大问题：受限于加工技术，它只有两个透光窗口，像“单车道”，只能支持单束激光进出。而像原子陀螺仪、双光束磁强计等先进设备，需要多束正交激光同时工作，“单窗”气室根本满足不了需求。

如何给气室开“多扇窗”？关键在“内壁抛光术”

要让气室有多个光通道，核心是让玻璃内壁足够光滑——粗糙的内壁会散射激光，影响信号质量。团队想出了“内侧壁模压工艺”：先在玻璃上激光钻出3毫米见方的小孔（像给房子挖“窗框”），再用高精度氧化铝模具（表面粗糙度仅10纳米，比头发丝细万倍）塞进孔里，加热到玻璃软化的温度（约790℃）。这时玻璃和模具因热膨胀相互挤压，模具的光滑表面就“印”在了玻璃内壁上，把原本5.65微米的粗糙表面（像砂纸）磨成了22纳米的“镜面”（比普通玻璃还光滑）。

这套工艺还解决了批量生产难题：通过多层阳极键合技术，把玻璃和硅片一层层粘牢，再用激光切割分块，一片4英寸的晶圆能做出236个气室，成本大幅降低。更贴心的是，团队还设计了氙气回收系统——氙气价格昂贵，每次填充只有千分之一被封进气室，回收系统能把剩下的氙气存起来重复用，省了不少钱。

实验验证：多窗气室“能打”！

测试数据证明，这种气室的内壁透射率达87%-91%（接近普通玻璃的94%），完全满足光学通道要求。往气室里充入铷原子和氙气后，团队用双光束系统测试：一束795纳米激光从“窗口1”射入，泵浦（激活）铷原子；另一束780纳米激光从“窗口2”或“窗口3”射入，探测原子自旋信号。结果显示，氙气的自旋弛豫时间（衡量信号稳定性的关键指标）达到2-5秒，131Xe的电场四极频移（影响精度的干扰项）仅几十毫赫兹，比传统气室小得多。

未来：从实验室到芯片，量子设备更“聪明”

目前，这种多光通道气室已能支持原子陀螺仪、双光束磁强计等设备的多光束操作。但团队也坦言，还有优化空间：比如进一步提升内壁透射率，延长氙气的自旋弛豫时间（可能通过添加氢气或氘气形成保护膜）。未来，随着芯片级量子设备的普及，这种“多窗”气室有望成为标配，让量子传感器更小巧、更灵敏，在导航、医疗检测、基础物理研究等领域大显身手。

从“单窗”到“多窗”，原子气室的这场升级，不仅是加工技术的突破，更像给量子设备装上了“广角镜头”——当它能同时“看”多个方向的激光，我们对微观世界的探测也将更精准、更全面。