CN103528681A - 磁光阱反应显微成像谱仪的腔体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁光阱反应显微成像谱仪的腔体，包括一球形腔体，球形腔体的上下两端分别通过侧法兰连接一筒形腔体；球形腔体的左右两端分别开孔并连接侧法兰；其中一个侧法兰连接塞曼减速器的一端，塞曼减速器的另一端连接原子蒸炉；塞曼减速器上套设有多个用于散热的铜片，铜片上绕有磁线圈；球形腔体的前后两端分别开孔并连接侧法兰作为光学窗口；球形腔体的剩余部分均匀分布有至少十六个法兰口作为光束输入窗口或观察窗口，每个法兰口的中心轴线与球形腔体的中心相交；球形腔体内固定设置有一磁光阱，磁光阱用于对靶原子进行冷却囚禁。本发明整合了磁光阱技术和反应显微成像谱议的各自优势，拓展了反应显微成像的应用范围。

Description

磁光阱反应显微成像谱仪的腔体

技术领域

本发明涉及一种反应显微成像谱仪，具体涉及一种磁光阱反应显微成像谱仪的腔体。

背景技术

近几年，超强超快激光以及新一代同步辐射光源新技术得到前所未有的发展。阿秒高次谐波、第三代同步辐射（上海先进光源）和自由电子激光（第四代同步辐射）引发极端强场超快激光新技术革命，其与物质相互作用的新物理与新效应、超快电子、原子、分子反应动力学的量子相干控制、极端条件下的精密测量与调控等关键科学问题在原子分子量子信息、凝聚态、半导体材料、空间、生物医学、能源、环境等领域有着重要应用，同时也是人类进一步认知材料科学、生命科学和信息科学的基石。

要实现原子分子中量子态演化的精密操纵和调控，需要对分子、原子和电子进行具有超高空间和动量分辨率的多体符合成像技术。其中的符合探测，是指电子和反冲离子来自同一个原子。

目前，多体符合成像技术日益成熟，与泵浦探测技术相结合，在强场非线性光学、阿秒高次谐波产生、电子原子分子量子态演化的激光相干控制等领域，已经完成一大批举世瞩目的、创造性的基础研究工作。尤其是阿秒脉冲和几飞秒X-ray激光脉冲的诞生，实现对电子原子分子超快运动的操纵以及在原子分子尺度上（埃的数量级）对单分子成像。电子原子分子运动的操纵和单分子成像都需要在动量空间上精密分辨原子分子的本征量子态。

目前，多体符合成像类实验一般使用的是超音速气体靶，高速运动的气体样品（原子分子）虽然能一定程度地降低气体的温度，但是气态原子分子的热运动仍然存在，大大降低了原子分子成像实验的能量（动量）分辨率，造成量子态在能量表象（动量分布）很难分辨，模糊了内在物理图像。

另外，多体动力学中电子-电子关联诱发的高激发态量子混沌、双电子电离关联纠缠，阿秒高次谐波产生内在物理机制等其他原子分子物理前沿科学问题也受限于当前分辨率而无法彻底解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种磁光阱反应显微成像谱仪的腔体，它可以实现超高分辨率的多体符合成像。

为解决上述技术问题，本发明磁光阱反应显微成像谱仪的腔体的技术解决方案为：

包括一球形腔体，球形腔体的上下两端分别通过侧法兰连接一筒形腔体；筒形腔体用于连接离子或电子探测器；球形腔体的左右两端分别开孔并连接侧法兰；其中一个侧法兰连接塞曼减速器的一端，塞曼减速器的另一端连接原子蒸炉；塞曼减速器上套设有多个用于散热的铜片，铜片上绕有磁线圈；塞曼减速器作为原子减速装置，对高速靶原子进行减速降温；塞曼减速器的中心轴线与球形腔体的中心相交；球形腔体的前后两端分别开孔并连接侧法兰作为光学窗口；光学窗口用于反应光束的入射或观察窗口；球形腔体的剩余部分均匀分布有至少十六个法兰口作为光束输入窗口或观察窗口，每个法兰口的中心轴线与球形腔体的中心相交；相邻两个法兰口的中心轴线之间成45度夹角；球形腔体内固定设置有一磁光阱，磁光阱用于对靶原子进行冷却囚禁。

所述至少十六个法兰口分为大小两种法兰口，大法兰口与小法兰口间隔设置。

所述至少十六个法兰口中，其中八个法兰口位于球形腔体的同侧，另外八个法兰口位于球形腔体的另一侧。

所述两个筒形腔体在同一轴线上并且与球形腔体的内腔相连通。

所述筒形腔体的侧壁沿周向均匀分布有三个法兰。

所述球形腔体内的磁光阱在球心形成磁场中心；六束冷却激光分别从四个小法兰口以及两个侧法兰相向入射到球形腔体中；从四个小法兰口入射的四束冷却激光在同一平面上，从两个侧法兰入射的两束冷却激光在同一直线上并且垂直于前四束冷却激光所形成的平面；六束冷却激光与磁光阱产生的磁场组成磁光阱原子冷却系统；从原子蒸炉出来的靶原子经过塞曼减速器后进入球形腔体内，在磁光阱内进行冷却；冷却后的靶原子汇聚到球形腔体形成低速原子凝聚态，成为超冷原子，再经磁光阱的磁场和外激光场作用被囚禁在球形腔体内；让一碰撞激光束与该超冷原子相互作用，超冷原子被打碎成为带电荷的离子或电子碎片，由两端的离子或电子探测器所记录，实现对超冷靶的超精细测量。

本发明可以达到的技术效果是：

本发明整合了磁光阱技术和反应显微成像谱议的各自优势，将磁光阱技术应用于反应显微成像谱议上，拓展了反应显微成像的应用范围，相对现行实验热靶而言，超冷靶可以提高成像分辨率，从而将超冷原子技术和反应显微成像谱仪技术进行整合。

本发明能够使得仪器各部分更加紧凑，优化谱仪内电场，保证电场稳定性和空间时间聚集特性，最终实现多体符合全微分截面测量。

本发明能够形成合理的空间磁场，在数据采集过程中保持反应区的均匀磁场，实现铷原子冷却和电子离子符合计数。

本发明能够使粒子谱仪电场的稳定度高达10^-5，从而能够将磁光阱反应显微成像谱仪的能量精度提高至μeV量级，相比现有的反应显微成像谱仪的能量精度提高了1000倍（现有的反应显微成像谱仪的反冲离子能量测量的精度为meV量级）。

本发明能够去除磁光阱MOT（Magneto-Optical Trap）中冷原子团空间尺寸效应对谱仪探测器分辨率的干扰。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明磁光阱反应显微成像谱仪的腔体的示意图；

图2是图1的俯视图。

图中附图标记说明：

1为侧法兰，       2为侧法兰，

3为大法兰口，

5为法兰，

7为侧法兰，       8为塞曼减速器，

9为小法兰口。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明磁光阱反应显微成像谱仪的腔体，包括一球形腔体，球形腔体的上下两端（Z向）分别通过侧法兰1连接一筒形腔体，两个筒形腔体在同一轴线上并且与球形腔体的内腔相连通；每个筒形腔体的侧壁沿周向均匀分布有三个法兰5；筒形腔体用于连接离子或电子探测器；法兰5用于外接真空泵系统或作为观察窗口；

球形腔体的左右（X向）两端分别开孔并连接侧法兰7；其中一个侧法兰7连接塞曼减速器（Zeeman slower）8的一端，塞曼减速器8的另一端连接原子蒸炉；塞曼减速器8上套设有多个用于散热的铜片，铜片上绕有磁线圈；塞曼减速器作为原子减速装置，对高速靶原子进行减速降温；塞曼减速器的中心轴线与球形腔体的中心相交，以使靶原子经过塞曼减速器8后直接进入球形腔体的中心；

球形腔体的前后（Y向）两端分别开孔并连接侧法兰2作为光学窗口；光学窗口用于反应光束的入射或观察窗口；

球形腔体的剩余部分（即球形腔体上除六个侧法兰1、2、7以外的部分）均匀分布有至少十六个法兰口（图中为二十个法兰口）作为光束输入窗口或观察窗口，每个法兰口的中心轴线与球形腔体的中心相交；相邻两个法兰口的中心轴线之间成45度夹角；全部法兰口分为大小两种法兰口，大法兰口3与小法兰口9间隔设置；则球形腔体两侧分别设置有四个大法兰口3和四个小法兰口9，其余四个小法兰口9位于球形腔体的中间区域；

其中部分大法兰口3用于连接磁光阱冷却激光，其余大法兰口3作为预备观察窗口以便进行光路调节和测试；小法兰口9作为测试窗口和观察窗口；

球形腔体内固定设置有一磁光阱，磁光阱用于对靶原子进行冷却囚禁。

本发明通过设置与球形腔体中心相交的至少十六个法兰口，能够使所有光束汇聚到球形腔体中心位置，从而有利于光路调节、原子冷却和显微反应。

本发明的工作原理如下：

球形腔体内的磁光阱在球心形成磁场中心；六束冷却激光分别从位于球形腔体同侧的相邻两个小法兰口9、与该两个小法兰口9相对的位于球形腔体另一侧的两个小法兰口9以及两个侧法兰2相向入射到球形腔体中；从四个小法兰口9入射的四束冷却激光在同一平面上，从两个侧法兰2入射的两束冷却激光在同一直线上并且垂直于前四束冷却激光所形成的平面；六束冷却激光与磁光阱产生的磁场组成磁光阱原子冷却系统；

从原子蒸炉出来的靶原子具有很大的初速度和热能，靶原子经过塞曼减速器8后进入球形腔体内，在磁光阱内进行冷却；

冷却后的靶原子汇聚到球形腔体形成低速原子凝聚态，成为超冷原子，再经磁光阱的磁场和外激光场作用被囚禁在球形腔体内；让一碰撞激光束与该超冷原子相互作用，超冷原子被打碎成为带电荷的离子或电子碎片，由两端的离子或电子探测器所记录，实现对超冷靶的超精细测量。

本发明应用于磁光阱反应显微成像谱仪上，能够使磁光阱反应显微成像谱仪具有超高动量分辨率，实现多体符合成像探测。

本发明不仅能够提升显微反应谱仪测量范围和精度，而且能够实现超冷原子下显微反应过程。

本发明能够实现超冷原子全截面微分测量，从而拓宽反应显微成像谱仪的测量范围。

本发明可用于同步辐射、红外激光、离子环和自由电子激光场中原子分子反应的超高精密测量。

以上所述仅为说明本发明的实施和实现方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保持范围之内。

Claims (7)

1.一种磁光阱反应显微成像谱仪的腔体，其特征在于：包括一球形腔体，球形腔体的上下两端分别通过侧法兰连接一筒形腔体；筒形腔体用于连接离子或电子探测器；

球形腔体的左右两端分别开孔并连接侧法兰；其中一个侧法兰连接塞曼减速器的一端，塞曼减速器的另一端连接原子蒸炉；塞曼减速器上套设有多个用于散热的铜片，铜片上绕有磁线圈；塞曼减速器作为原子减速装置，对高速靶原子进行减速降温；

球形腔体的前后两端分别开孔并连接侧法兰作为光学窗口；光学窗口用于反应光束的入射或观察窗口；

球形腔体的剩余部分均匀分布有至少十六个法兰口作为光束输入窗口或观察窗口，每个法兰口的中心轴线与球形腔体的中心相交；相邻两个法兰口的中心轴线之间成45度夹角；

球形腔体内固定设置有一磁光阱，磁光阱用于对靶原子进行冷却囚禁。

2.根据权利要求1所述的磁光阱反应显微成像谱仪的腔体，其特征在于：所述至少十六个法兰口分为大小两种法兰口，大法兰口与小法兰口间隔设置。

3.根据权利要求1或2所述的磁光阱反应显微成像谱仪的腔体，其特征在于：所述至少十六个法兰口中，其中八个法兰口位于球形腔体的同侧，另外八个法兰口位于球形腔体的另一侧。

4.根据权利要求1所述的磁光阱反应显微成像谱仪的腔体，其特征在于：所述两个筒形腔体在同一轴线上并且与球形腔体的内腔相连通。

5.根据权利要求1所述的磁光阱反应显微成像谱仪的腔体，其特征在于：所述筒形腔体的侧壁沿周向均匀分布有三个法兰。

6.根据权利要求1所述的磁光阱反应显微成像谱仪的腔体，其特征在于：所述塞曼减速器的中心轴线与球形腔体的中心相交。

7.根据权利要求1所述的磁光阱反应显微成像谱仪的腔体，其特征在于：所述球形腔体内的磁光阱在球心形成磁场中心；六束冷却激光分别从四个小法兰口以及两个侧法兰相向入射到球形腔体中；从四个小法兰口入射的四束冷却激光在同一平面上，从两个侧法兰入射的两束冷却激光在同一直线上并且垂直于前四束冷却激光所形成的平面；六束冷却激光与磁光阱产生的磁场组成磁光阱原子冷却系统；

从原子蒸炉出来的靶原子经过塞曼减速器后进入球形腔体内，在磁光阱内进行冷却；

冷却后的靶原子汇聚到球形腔体形成低速原子凝聚态，成为超冷原子，再经磁光阱的磁场和外激光场作用被囚禁在球形腔体内；让一碰撞激光束与该超冷原子相互作用，超冷原子被打碎成为带电荷的离子或电子碎片，由两端的离子或电子探测器所记录，实现对超冷靶的超精细测量。

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