CN106546332A - 基于超冷分子光缔合光谱的光频移测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光频移测量技术，具体是一种基于超冷分子光缔合光谱的光频移测量装置及方法。本发明解决了现有光频移测量技术测量难度大、测量成本高的问题。基于超冷分子光缔合光谱的光频移测量装置，包括声光调制器、偏振分束棱镜；声光调制器的第一个出射端与偏振分束棱镜的第一个入射端之间设有由第一光开关、第一半波片依次串接而成的第一光路；声光调制器的第二个出射端与偏振分束棱镜的第二个入射端之间设有由第二光开关、中性密度滤光片、反射镜、第二半波片依次串接而成的第二光路；第一光路和第二光路共同围成直角三角形。本发明适用于光频移测量。
Description
技术领域
本发明涉及光频移测量技术，具体是一种基于超冷分子光缔合光谱的光频移测量装置及方法。
背景技术
在制备超冷分子的过程中，光缔合（Photoassociation，PA）光谱中会产生光频移（光频移是由原子散射态和分子束缚态之间的激光感应耦合而引起的）。通过对光频移进行测量，可以非常精确地测量S波散射长度（这一参数对于理解超冷原子与分子间的碰撞特性或者凝聚态的动力学行为极其重要）。然而，现有光频移测量技术由于自身原理所限，存在如下问题：其一，在现有光频移测量技术中，必须利用p波和d波的shape共振才能观测到光频移量，而p波和d波的shape共振是很难产生的，由此导致光频移量难以被观测到，从而导致光频移的测量难度大。其二，在现有光频移测量技术中，光频移量与双原子分子的质量之间成反比关系，由于双原子分子的质量很大，使得光频移量很小，难以被观测到，从而同样导致光频移的测量难度大。其三，在现有光频移测量技术中，为了保证光频移的测量精度，需要利用高精度F-P参考腔，而高精度F-P参考腔需要额外的高稳定激光器来实现频率链，由此导致光频移的测量成本高。基于此，有必要发明一种全新的光频移测量技术，以解决现有光频移测量技术存在的上述问题。
发明内容
本发明为了解决现有光频移测量技术测量难度大、测量成本高的问题，提供了一种基于超冷分子光缔合光谱的光频移测量装置及方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：
基于超冷分子光缔合光谱的光频移测量装置，包括声光调制器、偏振分束棱镜；
声光调制器的第一个出射端与偏振分束棱镜的第一个入射端之间设有由第一光开关、第一半波片依次串接而成的第一光路；
声光调制器的第二个出射端与偏振分束棱镜的第二个入射端之间设有由第二光开关、中性密度滤光片、反射镜、第二半波片依次串接而成的第二光路；
第一光路和第二光路共同围成直角三角形。
基于超冷分子光缔合光谱的光频移测量方法（该方法是基于本发明所述的基于超冷分子光缔合光谱的光频移测量装置实现的），该方法是采用如下步骤实现的：
步骤A：在石英泡装载的磁光阱中获得超冷铯原子，超冷铯原子在1×10-7Pa的真空背景下形成球形的超冷铯原子云；
步骤B：一束光缔合激光经声光调制器衍射形成零级光束和一级光束；零级光束入射到第一光开关；一级光束入射到第二光开关；
步骤C：令零级光束和一级光束的光强相同；
步骤D：开启第一光开关，零级光束依次经第一光开关、第一半波片、偏振分束棱镜入射到超冷铯原子云；此时，零级光束与超冷铯原子云相互作用，由此扫描得到一个光缔合光谱，该光缔合光谱中包含一个共振峰；
然后，关断第一光开关，并开启第二光开关，一级光束依次经第二光开关、中性密度滤光片、反射镜、第二半波片、偏振分束棱镜入射到超冷铯原子云；此时，一级光束与超冷铯原子云相互作用，由此扫描得到光缔合光谱中的另一个共振峰；
然后，关断第二光开关；
步骤E：在得到的光缔合光谱中比较两个共振峰，由此得出两个共振峰的峰值间距，该峰值间距即为零级光束和一级光束的光强相同时二者之间的共振峰能级间距，该共振峰能级间距的值即为预设的声光调制器的偏频量；
步骤F：令零级光束的光强保持不变，并改变一级光束的光强，然后执行步骤D，并在得到的光缔合光谱中比较两个共振峰，由此得出两个共振峰的峰值间距；然后，将该峰值间距与步骤E中的峰值间距作差，二者的差值即为零级光束和一级光束的光强不同时能级的共振峰的光频移量。
与现有光频移测量技术相比，本发明所述的基于超冷分子光缔合光谱的光频移测量装置及方法巧妙地将一束光缔合激光分为两个光强和频率可控的不同光束，并使得两个光束分别与超冷铯原子云作用产生两个光缔合光谱，然后通过比较两个光缔合光谱来测得光频移量，由此具备了如下优点：其一，本发明无需利用p波和d波的shape共振，即可观测到光频移量，由此大幅减小了光频移的测量难度。其二，本发明无需考虑双原子分子的质量对光频移量的影响，即可观测到光频移量，由此大幅减小了光频移的测量难度。其三，本发明无需利用高精度F-P参考腔，即可实现光频移的高精度测量，由此大幅降低了光频移的测量成本。
本发明有效解决了现有光频移测量技术测量难度大、测量成本高的问题，适用于光频移测量。
附图说明
图1是本发明中基于超冷分子光缔合光谱的光频移测量装置的结构示意图。
图中：1-声光调制器，2-偏振分束棱镜，3-第一光开关，4-第一半波片，5-第二光开关，6-中性密度滤光片，7-反射镜，8-第二半波片，9-零级光束，10-一级光束。
具体实施方式
基于超冷分子光缔合光谱的光频移测量装置，包括声光调制器1、偏振分束棱镜2；
声光调制器1的第一个出射端与偏振分束棱镜2的第一个入射端之间设有由第一光开关3、第一半波片4依次串接而成的第一光路；
声光调制器1的第二个出射端与偏振分束棱镜2的第二个入射端之间设有由第二光开关5、中性密度滤光片6、反射镜7、第二半波片8依次串接而成的第二光路；
第一光路和第二光路共同围成直角三角形。
基于超冷分子光缔合光谱的光频移测量方法（该方法是基于本发明所述的基于超冷分子光缔合光谱的光频移测量装置实现的），该方法是采用如下步骤实现的：
步骤A：在石英泡装载的磁光阱中获得超冷铯原子，超冷铯原子在1×10-7Pa的真空背景下形成球形的超冷铯原子云；
步骤B：一束光缔合激光经声光调制器1衍射形成零级光束9和一级光束10；零级光束9入射到第一光开关3；一级光束10入射到第二光开关5；
步骤C：令零级光束9和一级光束10的光强相同；
步骤D：开启第一光开关3，零级光束9依次经第一光开关3、第一半波片4、偏振分束棱镜2入射到超冷铯原子云；此时，零级光束9与超冷铯原子云相互作用，由此扫描得到一个光缔合光谱，该光缔合光谱中包含一个共振峰；
然后，关断第一光开关3，并开启第二光开关5，一级光束10依次经第二光开关5、中性密度滤光片6、反射镜7、第二半波片8、偏振分束棱镜2入射到超冷铯原子云；此时，一级光束10与超冷铯原子云相互作用，由此扫描得到光缔合光谱中的另一个共振峰；
然后，关断第二光开关5；
步骤E：在得到的光缔合光谱中比较两个共振峰，由此得出两个共振峰的峰值间距，该峰值间距即为零级光束9和一级光束10的光强相同时二者之间的共振峰能级间距，该共振峰能级间距的值即为预设的声光调制器1的偏频量；
步骤F：令零级光束9的光强保持不变，并改变一级光束10的光强，然后执行步骤D，并在得到的光缔合光谱中比较两个共振峰，由此得出两个共振峰的峰值间距；然后，将该峰值间距与步骤E中的峰值间距作差，二者的差值即为零级光束9和一级光束10的光强不同时能级的共振峰的光频移量。
具体实施时，所述步骤A中，超冷铯原子云的最大原子密度为1011cm-3；所述步骤B中，光缔合激光由大范围可连续调谐的钛宝石激光器提供；声光调制器1的频移范围为110±25MHz、透过率为95%、衍射效率为85%、最大入射光功率＞10W/mm2；所述步骤C中，零级光束9和一级光束10的光强均为52W/cm2。
Claims (3)
1.一种基于超冷分子光缔合光谱的光频移测量装置，其特征在于：包括声光调制器（1）、偏振分束棱镜（2）；
声光调制器（1）的第一个出射端与偏振分束棱镜（2）的第一个入射端之间设有由第一光开关（3）、第一半波片（4）依次串接而成的第一光路；
声光调制器（1）的第二个出射端与偏振分束棱镜（2）的第二个入射端之间设有由第二光开关（5）、中性密度滤光片（6）、反射镜（7）、第二半波片（8）依次串接而成的第二光路；
第一光路和第二光路共同围成直角三角形。
2.一种基于超冷分子光缔合光谱的光频移测量方法，该方法是基于如权利要求1所述的基于超冷分子光缔合光谱的光频移测量装置实现的，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：
步骤A：在石英泡装载的磁光阱中获得超冷铯原子，超冷铯原子在1×10-7Pa的真空背景下形成球形的超冷铯原子云；
步骤B：一束光缔合激光经声光调制器（1）衍射形成零级光束（9）和一级光束（10）；零级光束（9）入射到第一光开关（3）；一级光束（10）入射到第二光开关（5）；
步骤C：令零级光束（9）和一级光束（10）的光强相同；
步骤D：开启第一光开关（3），零级光束（9）依次经第一光开关（3）、第一半波片（4）、偏振分束棱镜（2）入射到超冷铯原子云；此时，零级光束（9）与超冷铯原子云相互作用，由此扫描得到一个光缔合光谱，该光缔合光谱中包含一个共振峰；
然后，关断第一光开关（3），并开启第二光开关（5），一级光束（10）依次经第二光开关（5）、中性密度滤光片（6）、反射镜（7）、第二半波片（8）、偏振分束棱镜（2）入射到超冷铯原子云；此时，一级光束（10）与超冷铯原子云相互作用，由此扫描得到光缔合光谱中的另一个共振峰；
然后，关断第二光开关（5）；
步骤E：在得到的光缔合光谱中比较两个共振峰，由此得出两个共振峰的峰值间距，该峰值间距即为零级光束（9）和一级光束（10）的光强相同时二者之间的共振峰能级间距，该共振峰能级间距的值即为预设的声光调制器（1）的偏频量；
步骤F：令零级光束（9）的光强保持不变，并改变一级光束（10）的光强，然后执行步骤D，并在得到的光缔合光谱中比较两个共振峰，由此得出两个共振峰的峰值间距；然后，将该峰值间距与步骤E中的峰值间距作差，二者的差值即为零级光束（9）和一级光束（10）的光强不同时能级的共振峰的光频移量。
3.根据权利要求2所述的基于超冷分子光缔合光谱的光频移测量方法，其特征在于：所述步骤A中，超冷铯原子云的最大原子密度为1011cm-3；所述步骤B中，光缔合激光由大范围可连续调谐的钛宝石激光器提供；声光调制器（1）的频移范围为110±25MHz、透过率为95%、衍射效率为85%、最大入射光功率＞10W/mm2；所述步骤C中，零级光束（9）和一级光束（10）的光强均为52W/cm2。
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