CN102868400A

CN102868400A - 冷却原子的柱形腔装置

Info

Publication number: CN102868400A
Application number: CN2012103438451A
Authority: CN
Inventors: 孟艳玲; 成华东; 郑本昌; 肖玲; 刘亮
Original assignee: Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2013-01-09

Abstract

一种冷却原子的柱形腔装置，构成包括一个密封的圆筒形腔，在该圆筒形腔的底面中央具有一个通孔，该圆筒形腔经该通孔向外固定一个连接管，在所述的通孔的四周中心对称地设有四个通光窗口，每个窗口都供冷却光和抽运光光束输入，所述的连接管通过一个三通或四通等过渡器件分别与真空系统和原子源连接。本发明冷却原子的柱形腔装置结构简单，操作方便，具有传统积分球冷却简单、易调节、体积小的优点，又具有在圆筒形腔1的轴线上的冷原子密度高且分布均匀的特点。

Description

冷却原子的柱形腔装置

技术领域

本发明涉及频标的原子冷却装置，特别是一种用于原子冷却的冷却原子的柱形腔装置，该装置的冷原子在轴向分布均匀且密度大。

背景技术

频标系统中传统的积分球技术冷却原子，通常为在石英所制球形腔外壁喷涂漫反射涂料，根据实际情况通过三通或四通等过渡器件与真空系统和原子源相连接好后，开启真空泵，先将系统抽到高真空，然后释放原子源，此时真空系统内充满原子并在真空泵的维持下处于高真空环境。冷却光与抽运光分成几束通过球形腔开孔注入腔内。将冷却光与抽运光开启一段时间后同时关闭，即可在积分球内探测到冷原子。

传统的石英结构的积分球产生冷原子具有简单易调节体积小的特点，但从现象来看，球形腔内产生的冷原子在竖直方向密度小，且球心上的冷原子密度小于其它地方冷原子密度，在轴线上冷原子密度分布不均匀，不利于冷原子钟等工作，且石英结构比较脆弱，不适合恶劣环境使用，抗震能力差，可靠性低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种冷却原子的柱形腔装置，该柱形腔冷却装置具有传统积分球冷却简单、易调节、体积小的优点，又有在竖直方向冷原子密度大且分布均匀、稳定性好和可靠性高的特点。

本发明的技术解决方案如下：

一种冷却原子的柱形腔装置，特点在于其构成包括一个密封的圆筒形腔，在该圆筒形腔的底面中央具有一个通孔，该圆筒形腔经该通孔向外固定一个连接管，在所述的通孔的四周中心对称地设有四个通光窗口，每个窗口都供冷却光和抽运光光束输入，所述的连接管通过一个三通或四通等过渡器件分别与真空系统和原子源连接。

所述的圆筒形腔由石英制成，在外壁喷涂漫反射率大于98%的漫反射涂料，靠冷却光在圆筒形腔内形成的漫反射光场冷却原子，此种方案易于实现，成本低，适合于实验。

所述的圆筒形腔由金属制成，内壁抛光成镜面，依靠镜面内壁形成的反射光场冷却原子，且金属腔同时能兼具微波腔的作用利于冷原子钟等工作的集成化，此种方案有利于提高装置的抗震性与可靠性，适合于实际应用。

所述的连接管的内径为5～20mm，连接管内径过小不利于原子源的扩散，内径过大则引起的光损耗过多，不利于冷原子产生。

所述的四个通光窗口的中心与所述的圆筒形腔的中心之间的距离为所述的圆筒形腔半径的0.2～0.8倍；所述的四个通光窗口的直径为2～5mm，在满足探测光和冷却光注入的条件下尽可能小。

所述的四个冷却光与抽运光光束的光功率的偏差小于10%，可以通过多模光纤或直接注入等方法注入到腔内，方式灵活。

本发明的特点和技术效果如下：

圆筒形腔代替传统的球形腔，使冷却光在腔内的光场分布不同，从而改变了冷原子在腔内的密度分布，提高了原子在圆筒形腔的轴线上的密度及均匀性；

本发明金属腔方案，提高了装置的抗震性，可靠性有了保证。

附图说明

图1是本发明冷却原子的柱形腔装置的前视图。

图2是本发明圆筒形腔的仰视图。

具体实施方式

下面结合实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保护范围。

先请参阅图1、2。图1是本发明冷却原子的柱形腔装置的前视图。图2是圆筒形腔的下视图。其中1为圆筒形腔，2为连接管，31、32、33、34为在圆筒形腔上开的通光窗口，41、42、43、44为冷却光与抽运光光束。由图可见，本发明冷却原子的柱形腔装置，构成包括一个密封的圆筒形腔1，在该圆筒形腔的底面中央具有一个通孔，该圆筒形腔经该通孔向外固定一个连接管2，在所述的通孔的四周中心对称地设有四个通光窗口31，32，33，34，每个窗口都供冷却光和抽运光光束41，42，43，44输入，所述的连接管2通过一个三通或四通等过渡器件分别与真空系统和原子源连接（图中未示）。

所述的圆筒形腔1由石英制成，在外壁喷涂漫反射率大于98%的漫反射涂料，靠冷却光在圆筒形腔1内形成的漫反射光场冷却原子，此种方案易于实现，成本低，适合于实验。

所述的圆筒形腔1由金属制成，内壁抛光成镜面，依靠镜面内壁形成的反射光场冷却原子，且金属腔同时能兼具微波腔的作用利于冷原子钟等工作的集成化，此种方案有利于提高装置的抗震性与可靠性，适合于实际应用。

所述的连接管2其内径为5～20mm，连接管内径过小不利于原子源的扩散，内径过大则引起的光损耗过多，不利于冷原子产生。

所述的四个通光窗口31，32，33，34的中心与所述的圆筒形腔1的中心之间的距离为所述的圆筒形腔1半径的0.2～0.8倍；所述的四个通光窗口的直径为2～5mm，在满足探测光和冷却光注入的条件下尽可能小。

所述的四个冷却光与抽运光光束41，42，43，44的光功率的偏差小于10%，可以通过多模光纤或直接注入等方法注入到腔内，方式灵活。

本发明冷却原子的柱形腔装置的使用方法是：

先通过连接管2连接真空系统与原子源（用于冷却的原子），使圆筒形腔1内真空维持在10^-7Pa量级的同时，在圆筒形腔1内充满源的原子蒸汽，然后通过窗口31，32，33，34将冷却光与抽运光光束41，42，43，44注入圆筒形腔1并持续一段时间后，可在圆筒形腔1内形成冷原子，通过本装置产生的冷原子在圆筒形腔1轴线上的冷原子密度大且在轴线上分布均匀。

实验表明，本发明冷却原子的柱形腔装置结构简单，操作方便，具有传统积分球冷却简单、易调节、体积小的优点，又具有在圆筒形腔1的轴线上的冷原子密度高且分布均匀的特点。

Claims

1.一种冷却原子的柱形腔装置，特征在于其构成包括一个密封的圆筒形腔，在该圆筒形腔的底面中央具有一个通孔，该圆筒形腔经该通孔向外固定一个连接管，在所述的通孔的四周中心对称地设有四个通光窗口，每个窗口都供冷却光和抽运光光束输入，所述的连接管通过一个三通或四通等过渡器件分别与真空系统和原子源连接。

2.根据权利要求1所述的冷却原子的柱形腔装置，其特征在于所述的圆筒形腔由石英制成，在外壁喷涂漫反射率大于98%的漫反射涂料。

3.根据权利要求1所述的冷却原子的柱形腔装置，其特征在于所述的圆筒形腔由金属制成，内壁抛光成镜面。

4.根据权利要求1所述的冷却原子的柱形腔装置，其特征在于所述的连接管其内径为5～20mm。

5.根据权利要求1所述的冷却原子的柱形腔装置，其特征在于所述的四个通光窗口的中心与所述的圆筒形腔的中心之间的距离为所述的圆筒形腔半径的0.2～0.8倍；所述的四个通光窗口的直径为2～5mm。

6.根据权利要求1所述的冷却原子的柱形腔装置，其特征在于所述的四个冷却光与抽运光光束的光功率的偏差小于10%。