CN101592843A - 双磁光阱系统 - Google Patents
双磁光阱系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101592843A CN101592843A CNA2009100534243A CN200910053424A CN101592843A CN 101592843 A CN101592843 A CN 101592843A CN A2009100534243 A CNA2009100534243 A CN A2009100534243A CN 200910053424 A CN200910053424 A CN 200910053424A CN 101592843 A CN101592843 A CN 101592843A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light
- light beam
- rectangular surfaces
- input window
- helmholtz coils
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 title 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 26
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 5
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 abstract description 10
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 6
- 238000000960 laser cooling Methods 0.000 abstract description 5
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 17
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 229920000297 Rayon Polymers 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 3
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 description 2
- IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N rubidium atom Chemical compound [Rb] IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 239000004606 Fillers/Extenders Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 1
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 238000000651 laser trapping Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- IGLNJRXAVVLDKE-IGMARMGPSA-N rubidium-85 atom Chemical compound [85Rb] IGLNJRXAVVLDKE-IGMARMGPSA-N 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000035807 sensation Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
一种主要适用于激光冷却和喷泉原子钟实验的双磁光阱系统，通过六束激光与反射镜的合理配置，在一个梭形的配有两对反亥姆霍兹线圈的真空腔中分别形成三对互相垂直、偏振相反、相向传播的激光束，磁场与光场共同作用冷却原子构成双磁光阱系统。本发明利用多次反射光重复利用光能，使双磁光阱系统所需激光功率降为原来的1/2，具有结构简单、激光功率要求低、调节方便、可实现同时俘获并上抛两团原子等特点。
Description
技术领域
本发明涉及超冷原子产生技术，特别是一种双磁光阱系统光路简单，可实现原子团同时俘获冷却、同时上抛的双磁光阱系统。
背景技术
从Hansch和Schawlow提出激光冷却中性原子的思想到20世纪最后20年，该冷原子物理已经取得了长足的发展，成为物理学最活跃的领域之一。20世纪70年代末，以多普勒冷却为主的激光冷却技术逐步发展起来，主要工作包括激光冷却原子束及其改进、光学粘胶、光阱、磁阱和磁光阱的理论和实验。原子势阱在激光冷却的发展过程中起了重要的作用，它延长了冷原子团的寿命，从而使玻色-爱因斯坦凝聚、原子喷泉等精密物理实验得以实现。磁光阱既依赖于非均匀磁场又依赖于产生光泵浦和强散射力的辐射跃迁选择定则。磁光阱拥有对射光束的精密平衡和偏振度要求都不太高、磁场梯度要求较低、室温下就可俘获原子、低原子温度、低功率、低造价等优点，是冷原子物理中最重要的装置之一。在实验中，根据不同需要磁光阱被设计成各种不同的结构，如，用于玻色-爱因斯坦凝聚实验中进行慢原子转移的双磁光阱装置、用于两种工作物质的喷泉钟双磁光阱等等。
原子喷泉钟装置中的磁光阱系统主要用来俘获冷却原子并实现冷原子的上抛。目前，原子喷泉钟的稳定性已经达到2.8×10-14τ1/2(法国的SYRTE-FO2)，准确度达3×10-16(NIST)，虽然如此，但大部分原子喷泉钟仍保持传统的磁光阱结构。
图1是现有原子喷泉钟的磁光阱的结构框图，图中：01-反亥姆霍兹线圈对，02-光束6(左旋圆偏振光)，03-光束3(左旋圆偏振光)，04-光束1(左旋圆偏振光)、05-光束2(右旋圆偏振光)，06-六束输入光束与磁场零点的重合区。07-光束4(右旋圆偏振光)，08-光束5(右旋圆偏振光)，09-原子上抛通孔。
这种传统模式的磁光阱系统。用于喷泉原子钟系统中原子的俘获冷却和上抛，它主要包括样品泡(含铷源)、真空泵、真空管、真空腔、反亥姆霍兹线圈对、六束光纤输入光束及扩束准直系统。真空泵包括机械泵、分子泵、离子泵。
磁光阱的真空腔通过一个三通的真空管在垂直方向与喷泉钟的真空系统相连，在水平方向与真空泵相连。在系统抽真空时，先用机械泵和分子泵使系统达到较高的真空度，最后用离子泵将系统的真空维持在10-6Pa。反亥姆霍兹线圈对01紧贴真空腔外，位于两个相对的正方形面中心。反亥姆霍兹线圈对的两个线圈通有相反方向的电流，左反亥姆霍兹线圈的电流方向为顺时针方向，右反亥姆霍兹线圈的电流方向为逆时针方向，这为磁光阱提供所需要的线性梯度场。磁光阱系统的入射光由两台半导体激光器提供，其中一台用来产生冷却光俘获原子，另一台用来产生再泵浦光维持冷却和俘获原子的持续进行。由激光器输入的光束通过饱和吸收稳频将频率锁定在冷却光所需要的频率和再泵浦光所需要的频率，再通过光纤耦合将冷却光和再泵浦光分别耦合到六根光纤中。输入光束的偏振方向相对于反亥姆霍兹线圈对产生的磁场方向满足左手定则或右手定则。由光纤输入的光束要经过扩束准直系统，以保证这六束光的输入方向分别与真空腔的六个正方形面表面垂直(即三对互相垂直且对射光偏振方向相反的输入光束)，并使激光输出的线偏光变为圆偏振光。光纤准直系统主要包括：
波片、偏振分束棱镜(PBS)、
波片和透镜，以此来保证输入光为圆偏光且光功率可调(由
波片实现)。保偏光纤要求有较好的偏振保持特性，以使偏振光经偏振分束棱镜后功率起伏较小。
波片用来调整入射线偏光的偏振方向，使其与偏振分束棱镜的透射方向相同。偏振分束棱镜用来提高冷却光的偏振纯度，用以避免由于偏振起伏而对原子产生加热效应。检偏后的线偏振光通过
波片变为圆偏振光。透镜是用来将光纤输出的发散光准直扩束。真空腔中传播的输入光束满足对射光为旋向相反的圆偏振光且光功率差在10％以内，才能够形成稳定的磁光阱。
在图1中，光束2(右旋圆偏振光)与光束6(左旋圆偏振光)构成第一对对射光束，它们与反亥姆霍兹线圈对的方向相同，光束1(左旋圆偏振光)与光束5(右旋圆偏振光)构成第二对对射光，光束3(左旋圆偏振光)与光束4(右旋圆偏振光)构成第三对对射光束。这六束输入光束与反亥姆霍兹线圈对的几何中心重合于一点，在这样的配置下，磁场和光场共同作用形成磁光阱以俘获和冷却原子。在原子喷泉实验中，磁光阱除了实现俘获冷却原子以外还要起到上抛原子的作用，这是通过调制入射光束的频率，使上部的三束光负失谐同时下部的三束光正失谐产生辐射压力来实现原子团上抛的。这种磁光阱的结构是原子喷泉中使用最为广泛也最为传统的结构，它具有结构简单、体积较小、可以实现光学粘胶冷却(关闭磁场、通过声光调制器调节输入光的强度和频率来实现)等特点，同时它的缺点也是很明显的，如，总输入光功率要求高、输入光光路复杂、光功率平衡和偏振调节不方便，在同一时间只能上抛一团原子等。
发明内容
本发明的目的在于改进上述现有磁光阱的不足，提供一种双磁光阱系统，该系统应具有结构简单、激光功率要求低、调节方便、可实现同时俘获并上抛两团原子等特点。
本发明的技术解决方案如下：
一种双磁光阱系统，包括真空泵系统、真空腔体、光路系统、磁场系统和工作物质源，其特征在于：
所述的真空腔体是一个类梭形真空腔体，由第一六边形面、第二六边形面、第一矩形面、第二矩形面、第三矩形面、第四矩形面、第五矩形面和第六矩形面围成的空腔体，所述的第一六边形面和第二六边形面是由上等腰直角三角形、中间矩形和下等腰直角三角形组成的上下顶角为直角的梭形面，所述的第一矩形面、第三矩形面、第四矩形面和第六矩形面相等，且其长边与所述的第一六边形面的短边相等，所述的第二矩形面和第五矩形面相等，且其长边与所述的第一六边形面的长边相等，在所述的第一矩形面、第三矩形面、第四矩形面和第六矩形面的几何中心分别设有第五光束输入窗口、第一光束输入窗口、第三光束输入窗口、第四光束输入窗口，在第二六边形面的上等腰直角三角形的斜边中点设有第二光束输入窗口，在第二六边形面的下等腰直角三角形的斜边中点设有第六光束输入窗口；在第一六边形面内壁的上等腰直角三角形的斜边中点贴设有第一
波片，在第一六边形面内壁的下等腰直角三角形的斜边中点设有第二
波片；在第二矩形面内壁的几何中心贴设第一45°反射镜，在第五矩形面内壁的几何中心贴设第二45°反射镜，所述的第一45°反射镜与第二45°反射镜的反射面严格平行；
所述的磁场系统包括第一对反亥姆霍兹线圈和第二对反亥姆霍兹线圈，所述的第一对反亥姆霍兹线圈的右线圈和左线圈相对地贴设置在所述的类梭形真空腔体上部的外表面上，且右线圈和左线圈的中轴线共线并通过所述的第一六边形面的上等腰直角三角形的斜边中点和第二六边形面的上等腰直角三角形的斜边中点，所述的第二对反亥姆霍兹线圈的右线圈和左线圈相对地贴设置在所述的类梭形真空腔体下部的外表面上，且右线圈和左线圈的中轴线共线并通过所述的第一六边形面的下等腰直角三角形的斜边中点和第二六边形面的下等腰直角三角形的斜边中点，这两对反亥姆霍兹线圈的尺寸和所通过的电流大小是完全相同的，但它们的电流方向不同，第一反亥姆霍兹线圈对左线圈的电流为顺时针方向，右线圈的电流为逆时针方向，第二反亥姆霍兹线圈对左线圈的电流为逆时针方向，右线圈的电流为顺时针方向，第一反亥姆霍兹线圈对和第二反亥姆霍兹线圈对为双磁光阱提供线性非均匀的磁场，并在各自的对称中心产生磁场零点；
所述的类梭形真空腔体的下端与样品泡相连，为系统提供工作物质；
所述的类梭形真空腔体的上端接三通真空管，该三通真空管在垂直方向构成原子上抛通孔与喷泉钟的真空系统相连，该三通真空管的水平管与所述的真空泵系统相连，所述的真空泵系统由机械泵、分子泵和离子泵组成；
所述的光路系统包括六条光路，激光器输出线偏振光通过单模保偏光纤传输到位于所述的类梭形真空腔体通光窗口处的扩束准直系统中，光纤输出的线偏振光经扩束准直后，变为扩束准直的圆偏振光，分别经第一光束输入窗口、第二光束输入窗口、第三光束输入窗口、第四光束输入窗口、第五光束输入窗口和第六光束输入窗口而进入真空腔内。
所述的所有通光窗口的表面镀有与入射光波长相应的增透膜。
所述的第一
波片和第二
波片是单面镀0°高反膜的
波片。
所述的扩束准直系统由
波片、偏振分束棱镜、
波片和透镜组成。
假定水平的第二光束的入射方向为z轴正方向，第五光束的入射方向对应y轴负方向，第四光束的入射方向对应x轴负方向。第二光束(σ-)与其经第一
波片的反射光σ+构成上俘获区的水平对射光。第一光束(σ+)经腔内第二45°反射镜的反射光束σ-与第五光束(σ+)构成上俘获区的y方向对射光。第三光束(σ+)经腔内第一45°反射镜的反射光束σ-与第四光束(σ+)构成上俘获区的x方向对射光。
同样，第六光束(σ+)与经第二波片的反射光σ-构成下俘获区的水平对射光，第五光束(σ+)经腔内第二45°反射镜的反射光束σ-与第二光束(σ+)构成下俘获区的x方向对射光，第四光束(σ+)经腔内第一45°反射镜的反射光束σ-与第三光束(σ+)构成下俘获区的y方向对射光。
本发明中的反亥姆霍兹线圈对的方向均与水平光束方向相同，它磁光阱俘获原子所必需的线性非均匀磁场。由反亥姆霍兹线圈对产生的磁场零点与入射的六条光束的交点重合，使处于这一区域的原子不断被冷却。该方案在关闭磁场电流且调节输入光强和频率时，还可以实现对原子的光学粘胶冷却。
在进行激光俘获与冷却时，要求六束光频率相同。在上抛冷原子时，通过调制光束的频率使向上入射光的频率与向下入射光的频率差为2Δv(使第三光束和第二光束正失谐Δv，同时使第四光束和第五光束负失谐Δv)，这样两团原子在辐射压力的作用下得到了上抛的初速度并在(110)方向以相同速度上抛。由于两团原子受到的输入光的作用都是完全相同的，所以两团原子的温度、原子数密度等参数是相同的，在喷泉实验中这会消除部分系统误差，进而降低喷泉原子钟频率不确定性。另外，双原子上抛使喷泉原子钟的重复周期的缩短为原来的一半，提高了原子钟频率的短期稳定度。
本发明的技术效果：
本发明利用输入光的多次反射使两团原子同时俘获冷却并以相同速度上抛，降低了总输入光功率，简化了光路，使调节也更加方便。双原子同时上抛使喷泉原子钟的重复周期降为原来的一半，从而提高了喷泉原子钟的稳定性。同时，光束的多次反射提高了光功率的利用率和稳定性，由于激光功率平衡的改善增加了俘获原子的数目，进一步提高了喷泉原子钟的稳定性。，本发明具有结构简单，功耗低、易于操作，稳定性好，并可以实现两团原子的俘获冷却和同速上抛功能。在喷泉原子钟实验中，它可以提高频率的短期稳定度。
附图说明
图1是现有原子喷泉钟的磁光阱结构的立体框图
其中：01-反亥姆霍兹线圈对，02-光束6(左旋圆偏振光)，03-光束3(左旋圆偏振光)，04-光束1(左旋圆偏振光)、05-光束2(右旋圆偏振光)，06-六束输入光束与磁场零点的重合区。07-光束4(右旋圆偏振光)，08-光束5(右旋圆偏振光)，09-原子上抛通孔。
图2是本发明双磁光阱结构的立体框图
其中：11-第五光束输入窗口，12-第一光束输入窗口，13-第三光束输入窗口，14-第六光束输入窗口，15-第二光束输入窗口，16-第四光束输入窗口，211-第一反亥姆霍兹线圈对右线圈，212-第一反亥姆霍兹线圈对左线圈，221-第二反亥姆霍兹线圈对右线圈，222-第二反亥姆霍兹线圈对左线圈，31-第一
波片，32-第二波片，33-腔内第一45°反射镜，34-腔内第二45°反射镜，41-三通真空管，42-样品泡(含源)，43-真空泵接入通孔，51-第一矩形面，52-第一六边形面，53-第二矩形面，54-第三矩形面，55-第四矩形面，56-第五矩形面，57-第二六边形面，58-第六矩形面。
图3是本发明双磁光阱的右视图
图4是本发明双磁光阱的正视图
图5为用Maxwell模拟的其中-对反亥姆霍兹线圈中心附近磁场的等高线图
其中：x轴为反亥姆霍兹线圈径向方向，单位为m；y轴为反亥姆霍兹线圈轴向方向，单位为m；磁场等高线所描绘的磁场单位为T。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的变化范围。
先请参阅图2、图3和图4，图2是本发明双磁光阱结构的立体框图，图3是本发明双磁光阱的右视图，图4是本发明双磁光阱的正视图。本发明双磁光阱系统，包括真空泵系统(图中未示)、真空腔体、光路系统(进入真空腔体之前的光路未示)、磁场系统(部分)和工作物质源，
所述的真空腔体是一个类梭形真空腔体，由第一六边形面52、第二六边形面57、第一矩形面51、第二矩形面53、第三矩形面54、第四矩形面55、第五矩形面56和第六矩形面58围成的空腔体，所述的第一六边形面52和第二六边形面57是由上等腰直角三角形、中间矩形和下等腰直角三角形组成的上下顶角为直角的梭形面，所述的第一矩形面51、第三矩形面54、第四矩形面55和第六矩形面58相等，且其长边与所述的第一六边形面52的短边相等，所述的第二矩形面53和第五矩形面56相等，且其长边与所述的第一六边形面52的长边相等，在所述的第一矩形面51、第三矩形面54、第四矩形面55和第六矩形面58的几何中心分别设有第五光束输入窗口11、第一光束输入窗口12、第三光束输入窗口13、第四光束输入窗口16，在第二六边形面57的上等腰直角三角形的斜边中点设有第二光束输入窗口15，在第二六边形面57的下等腰直角三角形的斜边中点设有第六光束输入窗口14；在第一六边形面52内壁的上等腰直角三角形的斜边中点贴设有第一
波片31，在第一六边形面52内壁的下等腰直角三角形的斜边中点设有第二
波片32；在第二矩形面53内壁的几何中心贴设第一45°反射镜33，在第五矩形面56内壁的几何中心贴设第二45°反射镜34，所述的第一45°反射镜33与第二45°反射镜34的反射面严格平行；
所述的磁场系统包括第一对反亥姆霍兹线圈和第二对反亥姆霍兹线圈，所述的第一对反亥姆霍兹线圈的右线圈211和左线圈212相对地贴设置在所述的类梭形真空腔体上部的外表面上，且右线圈211和左线圈212的中轴线共线并通过所述的第一六边形面52的上等腰直角三角形的斜边中点和第二六边形面57的上等腰直角三角形的斜边中点，所述的第二对反亥姆霍兹线圈的右线圈221和左线圈222相对地贴设置在所述的类梭形真空腔体下部的外表面上，且右线圈221和左线圈222的中轴线共线并通过所述的所述的第一六边形面52的下等腰直角三角形的斜边中点和第二六边形面57的下等腰直角三角形的斜边中点，这两对反亥姆霍兹线圈的尺寸和所通过的电流大小是完全相同的，但它们的电流方向不同，第一反亥姆霍兹线圈对左线圈212的电流为顺时针方向，右线圈211的电流为逆时针方向，第二反亥姆霍兹线圈对左线圈222的电流为逆时针方向，右线圈221的电流为顺时针方向，第一反亥姆霍兹线圈对和第二反亥姆霍兹线圈对为双磁光阱提供线性非均匀的磁场，并在各自的对称中心产生磁场零点；
所述的类梭形真空腔体的下端与样品泡42相连，为系统提供工作物质；
所述的类梭形真空腔体的上端经一三通真空管41在垂直方向构成原子上抛通孔与喷泉钟的真空系统相连，该三通真空管41的水平管43与所述的真空泵系统相连，所述的真空泵系统由机械泵、分子泵和离子泵组成；
所述的光路系统包括六条光路，激光器输出线偏振光通过单模保偏光纤传输到位于所述的类梭形真空腔体通光窗口处的扩束准直系统中，光纤输出的线偏振光经扩束准直后，变为扩束准直的圆偏振光，分别经第一光束输入窗口12、第二光束输入窗口15、第三光束输入窗口13、第四光束输入窗口16、第五光束输入窗口11和第六光束输入窗口14而进入真空腔内。
水平的第二光束的入射方向为z轴正方向，第五光束的入射方向对应y轴负方向，第四光束的入射方向对应x轴负方向。第二光束(σ-)与其经第一
波片的反射光σ+构成上俘获区的水平对射光。第一光束(σ+)经腔内第二45°反射镜的反射光束σ-与第五光束(σ+)构成上俘获区的y方向对射光。第三光束(σ+)经腔内第一45°反射镜的反射光束σ-与第四光束(σ+)构成上俘获区的x方向对射光。
同样，第六光束(σ+)与经第二
波片的反射光σ-构成下俘获区的水平对射光，第五光束(σ+)经腔内第二45°反射镜的反射光束σ-与第二光束(σ+)构成下俘获区的x方向对射光，第四光束(σ+)经腔内第一45°反射镜的反射光束σ-与第三光束(σ+)构成下俘获区的y方向对射光。
所述的所有通光窗口的表面镀有与入射光波长相应的增透膜。
所述的第一
波片31和第二波片32是单面镀0°高反膜的
波片。
所述的扩束准直系统由
波片、偏振分束棱镜、
波片和透镜组成。
类梭形真空腔内的真空度要求维持在10-6Pa量级。真空腔内通过真空泵维持在较高的真空度，以减小与背景原子的碰撞，提高俘获到的原子数量并降低原子的冷却温度。
两个反亥姆霍兹线圈对均紧贴于真空腔外表面，这两个线圈对分别在各自的轴向和径向产生小于10Gs/cm的线性非均匀磁场，并在各自的对称中心产生磁场零点，磁场与光场的共同作用将原子俘获和冷却。图5为用Maxwell模拟的其中一对反亥姆霍兹线圈中心附近磁场的等高线图，其中：x轴为反亥姆霍兹线圈径向方向，单位为m；y轴为反亥姆霍兹线圈轴向方向，单位为m；磁场等高线所描绘的磁场单位为T。
为了观察真空腔内原子团的状态或对原子团进行测量，可以根据需要在腔体的合适位置打开若干窗口。本发明的结构图中并没有对观察窗口进行描述。光纤输入的光束经扩束准直后应与真空腔相应的面严格垂直。输入光束由两台半导体激光器提供，激光器输出线偏振光通过单模保偏光纤传输到位于真空腔通光窗口处的扩束准直系统中。光纤输出的线偏振光通过扩束准直后，变为扩束准直的圆偏振光而进入真空腔内。
两个单面镀0°高反膜的第一
波片31和第二
波片32位于真空腔第一六边形面52的等腰直角三角形斜边中点处，并与第二光束15、第六光束14严格垂直，用于在水平方向上产生偏振方向与入射光相反的反射光，以保证六束光重合于几何中心和原子团的竖直上抛。
真空腔内壁对称放置的第一45°反射镜33和第二45°反射镜34位于真空腔第二矩形面53和第五矩形面56中心处，这两块反射镜要求严格平行，保证双磁光阱中入射的六束光完全重合于上下两个几何中心。反射镜放在真空腔内部使光能损失减小，系统的结构简单。每块反射镜上都镀有45°高反膜，以减少单次反射过程导致的功率损耗。
整个装置装配好以后，可安装于喷泉原子钟装置中，运行真空泵并达到了较高的真空度后，输入满足要求的六束激光并使磁场线圈通入满足要求的电流，就可以实现冷却俘获两团原子并将两团原子上抛的实验了。
本发明将主要应用于喷泉原子钟装置，它可以使喷泉原子钟重复周期降为原来的一半，进而提高喷泉钟的频率稳定性。若本发明将单面镀0°高反膜的
波片和反射镜都装在真空腔外，则可以实现俘获冷却两种不同的原子，如，它可以实现铷铯双钟或铷85铷87双钟以及原子团的转移等的实验研究，但这种结构需要输入光的总功率较大，相应的输入光的光路系统也更复杂。由于本发明具有可同时对两团原子进行操作的特性，它将为冷原子物理及量子频标领域提供独特的实验平台。
Claims (4)
1、一种双磁光阱系统，包括真空泵系统、真空腔体、光路系统、磁场系统和工作物质源，其特征在于：
所述的真空腔体是一个类梭形真空腔体，由第一六边形面(52)、第二六边形面(57)、第一矩形面(51)、第二矩形面(53)、第三矩形面(54)、第四矩形面(55)、第五矩形面(56)和第六矩形面(58)围成的空腔体，所述的第一六边形面(52)和第二六边形面(57)是由上等腰直角三角形、中间矩形和下等腰直角三角形组成的上下顶角为直角的梭形面，所述的第一矩形面(51)、第三矩形面(54)、第四矩形面(55)和第六矩形面(58)相等，且其长边与所述的第一六边形面(52)的短边相等，所述的第二矩形面(53)和第五矩形面(56)相等，且其长边与所述的第一六边形面(52)的长边相等，在所述的第一矩形面(51)、第三矩形面(54)、第四矩形面(55)和第六矩形面(58)的几何中心分别设有第五光束输入窗口(11)、第一光束输入窗口(12)、第三光束输入窗口(13)、第四光束输入窗口(16)，在第二六边形面(57)的上等腰直角三角形的斜边中点设有第二光束输入窗口(15)，在第二六边形面(57)的下等腰直角三角形的斜边中点设有第六光束输入窗口(14)；在第一六边形面(52)内壁的上等腰直角三角形的斜边中点贴设有第一
波片(31)，在第一六边形面(52)内壁的下等腰直角三角形的斜边中点设有第二
波片(32)；在第二矩形面(53)内壁的几何中心贴设第一45°反射镜(33)，在第五矩形面(56)内壁的几何中心贴设第二45°反射镜(34)，所述的第一45°反射镜(33)与第二45°反射镜(34)的反射面严格平行；
所述的磁场系统包括第一对反亥姆霍兹线圈和第二对反亥姆霍兹线圈，所述的第一对反亥姆霍兹线圈的右线圈(211)和左线圈(212)相对地贴设置在所述的类梭形真空腔体上部的外表面上，且右线圈(211)和左线圈(212)的中轴线共线并通过所述的第一六边形面(52)的上等腰直角三角形的斜边中点和第二六边形面(57)的上等腰直角三角形的斜边中点，所述的第二对反亥姆霍兹线圈的右线圈(221)和左线圈(222)相对地贴设置在所述的类梭形真空腔体下部的外表面上，且右线圈(221)和左线圈(222)的中轴线共线并通过所述的第一六边形面(52)的下等腰直角三角形的斜边中点和第二六边形面(57)的下等腰直角三角形的斜边中点，这两对反亥姆霍兹线圈的尺寸和所通过的电流大小是完全相同的，但它们的电流方向不同，第一反亥姆霍兹线圈对左线圈(212)的电流为顺时针方向，右线圈(211)的电流为逆时针方向，第二反亥姆霍兹线圈对左线圈(222)的电流为逆时针方向，右线圈(221)的电流为顺时针方向，第一反亥姆霍兹线圈对和第二反亥姆霍兹线圈对为双磁光阱提供线性非均匀的磁场，并在各自的对称中心产生磁场零点；
所述的类梭形真空腔体的下端与样品泡(42)相连，为系统提供工作物质；
所述的类梭形真空腔体的上端经三通真空管(41)在垂直方向构成原子上抛通孔与喷泉钟的真空系统相连，该三通真空管(41)的水平管(43)与所述的真空泵系统相连，所述的真空泵系统由机械泵、分子泵和离子泵组成；
所述的光路系统包括六条光路，激光器输出线偏振光通过单模保偏光纤传输到位于所述的类梭形真空腔体通光窗口处的扩束准直系统中，光纤输出的线偏振光经扩束准直后，变为扩束准直的圆偏振光，分别经第一光束输入窗口(12)、第二光束输入窗口(15)、第三光束输入窗口(13)、第四光束输入窗口(16)、第五光束输入窗口(11)和第六光束输入窗口(14)而进入真空腔内。
2、根据权利要求1所述的双磁光阱系统，其特征在于所述的所有通光窗口的表面镀有与入射光波长相应的增透膜。
3、根据权利要求1所述的双磁光阱系统，其特征在于所述的第一波片(31)和第二
波片(32)是单面镀0°高反膜的
波片。
4、根据权利要求1所述的双磁光阱系统，其特征在于所述的扩束准直系统由
波片、偏振分束棱镜、
波片和透镜组成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2009100534243A CN101592843B (zh) | 2009-06-19 | 2009-06-19 | 双磁光阱系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2009100534243A CN101592843B (zh) | 2009-06-19 | 2009-06-19 | 双磁光阱系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101592843A true CN101592843A (zh) | 2009-12-02 |
| CN101592843B CN101592843B (zh) | 2010-10-20 |
Family
ID=41407576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2009100534243A Expired - Fee Related CN101592843B (zh) | 2009-06-19 | 2009-06-19 | 双磁光阱系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101592843B (zh) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101806946A (zh) * | 2010-03-05 | 2010-08-18 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 光学扩束准直系统 |
| CN102681433A (zh) * | 2012-05-04 | 2012-09-19 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 冷原子团的非绝热转移装置及其转移方法 |
| CN102969038A (zh) * | 2011-08-29 | 2013-03-13 | 香港科技大学 | 用于中性原子的二维磁光阱 |
| JP2014022727A (ja) * | 2012-07-12 | 2014-02-03 | Honeywell Internatl Inc | バッチ製造される原子センサ向けの折返し光学系 |
| CN103985497A (zh) * | 2014-05-30 | 2014-08-13 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 矩形磁场线圈装置 |
| CN104036841A (zh) * | 2014-07-01 | 2014-09-10 | 山西大学 | 一种激光冷却与俘获原子的双色磁光阱方法与装置 |
| CN104330964A (zh) * | 2013-07-22 | 2015-02-04 | 霍尼韦尔国际公司 | 用于冷原子频率标准的系统和方法 |
| CN105185425A (zh) * | 2015-07-16 | 2015-12-23 | 山西大学 | 制备超冷极性分子的原子空间可调节暗磁光阱方法及装置 |
| CN106409375A (zh) * | 2016-10-26 | 2017-02-15 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 原子束流装置 |
| CN106847362A (zh) * | 2017-01-23 | 2017-06-13 | 中国科学院武汉物理与数学研究所 | 基于双级二维磁光阱的大束流冷原子源 |
| CN107065503A (zh) * | 2017-05-22 | 2017-08-18 | 中国科学院国家授时中心 | 用于原子钟准直扩束光斑直径变换装置 |
| US10218368B2 (en) | 2016-02-18 | 2019-02-26 | Honeywell International Inc. | System and method for in-situ optimization of microwave field homogeneity in an atomic clock |
| CN111412908A (zh) * | 2020-04-22 | 2020-07-14 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种原子喷泉装置 |
| CN112185604A (zh) * | 2020-09-10 | 2021-01-05 | 华南师范大学 | 一种应用于超冷镱原子系统产生双色磁光阱的方法 |
| CN112556676A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-03-26 | 华中科技大学 | 一种对原子喷泉运动参数进行调节的装置 |
| WO2022016611A1 (zh) * | 2020-07-24 | 2022-01-27 | 李大创 | 一种时间-惠勒延迟选择演示装置和演示方法 |
-
2009
- 2009-06-19 CN CN2009100534243A patent/CN101592843B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101806946B (zh) * | 2010-03-05 | 2011-04-06 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 光学扩束准直系统 |
| CN101806946A (zh) * | 2010-03-05 | 2010-08-18 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 光学扩束准直系统 |
| CN102969038B (zh) * | 2011-08-29 | 2016-02-24 | 香港科技大学 | 用于中性原子的二维磁光阱 |
| CN102969038A (zh) * | 2011-08-29 | 2013-03-13 | 香港科技大学 | 用于中性原子的二维磁光阱 |
| CN102681433B (zh) * | 2012-05-04 | 2014-06-25 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 冷原子团的非绝热转移装置及其转移方法 |
| CN102681433A (zh) * | 2012-05-04 | 2012-09-19 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 冷原子团的非绝热转移装置及其转移方法 |
| CN103630155A (zh) * | 2012-07-12 | 2014-03-12 | 霍尼韦尔国际公司 | 用于批量制造的原子传感器的折叠光学器件 |
| JP2014022727A (ja) * | 2012-07-12 | 2014-02-03 | Honeywell Internatl Inc | バッチ製造される原子センサ向けの折返し光学系 |
| CN104330964A (zh) * | 2013-07-22 | 2015-02-04 | 霍尼韦尔国际公司 | 用于冷原子频率标准的系统和方法 |
| CN103985497A (zh) * | 2014-05-30 | 2014-08-13 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 矩形磁场线圈装置 |
| CN104036841A (zh) * | 2014-07-01 | 2014-09-10 | 山西大学 | 一种激光冷却与俘获原子的双色磁光阱方法与装置 |
| CN105185425B (zh) * | 2015-07-16 | 2017-03-15 | 山西大学 | 制备超冷极性分子的原子空间可调节暗磁光阱方法及装置 |
| CN105185425A (zh) * | 2015-07-16 | 2015-12-23 | 山西大学 | 制备超冷极性分子的原子空间可调节暗磁光阱方法及装置 |
| US10218368B2 (en) | 2016-02-18 | 2019-02-26 | Honeywell International Inc. | System and method for in-situ optimization of microwave field homogeneity in an atomic clock |
| CN106409375B (zh) * | 2016-10-26 | 2017-12-12 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 原子束流装置 |
| CN106409375A (zh) * | 2016-10-26 | 2017-02-15 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 原子束流装置 |
| CN106847362A (zh) * | 2017-01-23 | 2017-06-13 | 中国科学院武汉物理与数学研究所 | 基于双级二维磁光阱的大束流冷原子源 |
| CN106847362B (zh) * | 2017-01-23 | 2018-07-10 | 中国科学院武汉物理与数学研究所 | 基于双级二维磁光阱的大束流冷原子源 |
| CN107065503A (zh) * | 2017-05-22 | 2017-08-18 | 中国科学院国家授时中心 | 用于原子钟准直扩束光斑直径变换装置 |
| CN111412908A (zh) * | 2020-04-22 | 2020-07-14 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种原子喷泉装置 |
| WO2022016611A1 (zh) * | 2020-07-24 | 2022-01-27 | 李大创 | 一种时间-惠勒延迟选择演示装置和演示方法 |
| CN112185604A (zh) * | 2020-09-10 | 2021-01-05 | 华南师范大学 | 一种应用于超冷镱原子系统产生双色磁光阱的方法 |
| CN112185604B (zh) * | 2020-09-10 | 2024-02-13 | 华南师范大学 | 一种应用于超冷镱原子系统产生双色磁光阱的方法 |
| CN112556676A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-03-26 | 华中科技大学 | 一种对原子喷泉运动参数进行调节的装置 |
| CN112556676B (zh) * | 2020-11-30 | 2022-09-13 | 华中科技大学 | 一种对原子喷泉运动参数进行调节的装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101592843B (zh) | 2010-10-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101592843B (zh) | 双磁光阱系统 | |
| CN101657062B (zh) | 折叠式双光束磁光阱系统 | |
| Phillips | Nobel Lecture: Laser cooling and trapping of neutral atoms | |
| CN111142266B (zh) | 一种矢量光束的产生及动态调控装置及方法 | |
| CN103293695B (zh) | 一种单液晶空间光调制器产生任意柱矢量偏振光束的方法 | |
| Pugnat et al. | Search for weakly interacting sub-eV particles with the OSQAR laser-based experiment: results and perspectives | |
| US11630373B2 (en) | System and method for generating heralded single photon | |
| CN103199434B (zh) | 一种实现半导体激光相干偏振合成的方法 | |
| CN216119577U (zh) | 一种二维磁光阱的光机装置 | |
| CN103701030A (zh) | 一种用于激光稳频的单峰87Rb同位素原子滤光器及其滤光方法 | |
| Phillips | Laser cooling and trapping of neutral atoms | |
| CN107085309A (zh) | 基于一螺旋波片板产生多种高功率柱矢量偏振光束的方法 | |
| CN107526179B (zh) | 一种光场自旋角动量二维编码装置及其编码方法 | |
| CN114296245B (zh) | 一种拉曼光束整形装置 | |
| CN106154422A (zh) | 一种隔离式的光纤偏振控制器 | |
| CN106409375B (zh) | 原子束流装置 | |
| CN102147536A (zh) | 双路可控的一维光学晶格装置 | |
| CN100464208C (zh) | 一种单光束磁光阱系统 | |
| CN103763847A (zh) | 积分球磁不敏囚禁系统 | |
| CN103985427A (zh) | 用于87Rb冷原子的双脉冲驻波相干分束系统 | |
| CN101515043B (zh) | 基于偶氮苯聚合物的轴对称相位延迟片及制作装置 | |
| CN208314374U (zh) | 基于单个原子系综制备全同双光子的装置 | |
| CN102981396A (zh) | 双调制互注入的相干双色光源生成装置 | |
| CN102025107B (zh) | 一种外腔半导体激光器 | |
| Ramsey | Precise measurement of time |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20101020 Termination date: 20140619 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |