CN106782739A - 光路系统及高通量冷原子束流二维磁光阱系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光路系统及高通量冷原子束流二维磁光阱系统，所述光路系统包括：玻璃腔体，所述玻璃腔体包括与其端面相垂直的两两相对的四个侧面；第一冷却子系统，位于所述玻璃腔体相对的两侧面的两侧；第二冷却子系统，位于所述玻璃腔体另外相对的两侧面的两侧；所述第一冷却子系统及所述第二冷却子系统沿所述玻璃腔体的长度方向均依次包括三个第一冷却区域及一个第二冷却区域。本发明的光路系统包括多个分开的冷却区域，所述光路系统使用于二维磁光阱中不需要使用定做的非常大的光学镜片对光束进行扩束，极大的减小了二维磁光阱所占的空间；同时，所述光路系统可以使得冷却光在整个光路系统中分布更加均匀。

Description

光路系统及高通量冷原子束流二维磁光阱系统

技术领域

本发明属于中性冷却原子产生技术领域，特别是涉及一种光路系统及高通量冷原子束流二维磁光阱系统。

背景技术

冷原子物理是最近二十年发展起来的前沿物理学分支，现已经成为现代物理学中最为活跃的领域之一。冷原子物理学和先进光学等技术结合，实现了光频标、原子钟、原子干涉仪等精密测量物理学领域的新概念、新方法和新技术，不仅有重大的科学研究价值，而且对人民生活、技术进步和经济发展产生重大影响。目前的这些精密测量主要体现在频谱的范围。

气体原子或分子在通常状况下处于无规则的热运动状态，室温下原子、分子在空气中的运动速度约为300m/s的量级，即使降温到77K，氮分子的运动速度仍高达150m/s，而氦原子在4K时的运动速度为90m/s。当温度降低到粒子的热运动速度小于1m/s时，任何气体都将凝结成液体或固体，这时原子间有强烈的作用，其结构和性能也会发生显著变化。所以对自由原子的研究一般以快速原子为对象，原子过高的运动速度使得观察和测量极为困难。如何使原子的运动速度降至极小，甚至接近于零，又使它们保持相对独立，很少有相互作用，这是物理学家的一个梦想，也是物理学上的一大难题。传统的化学方法或原子束法只能将温度降到几十K的量级，液氦至多可产生几K的低温环境。激光冷却与囚禁原子技术使这个难题得到了解决！Doppler冷却和光学粘胶(optical molasses)的办法可以制备1mK～1μK范围的冷原子，蒸发制冷甚至可以制备1μK以下的超冷原子。

对冷原子和超冷原子行为特性的研究，有助于理解光场对原子的控制、基本物理量的精确测量、物质波干涉和量子统计现象等，对于化学物理、原子分子物理、光物理以及凝聚态物理的研究具有重要的意义。

冷原子的de Broglie波长大于或等于化学键的长度，与激光的波长相当，容易呈现出波动性，如共振、干涉等。冷原子的碰撞作用时间大于自发辐射寿命，可得到线宽小于自然线宽的高分辨率光谱。当温度足够低、原子的de Broglie波长大于原子间的平均距离时，就可以形成玻色-爱因斯坦凝聚(BEC:Bose-Einstein condensation)。冷原子在光场的作用下，通过碰撞可结合成光缔合分子，其光谱特征就是光缔合光谱(Photoassociationspectrum)。目前，冷原子和超冷原子已用于原子频标、原子干涉仪、物质波全息成像(mater-wave holography)、光学晶格(optical lattices)以及Bose-Einstein凝聚(BEC)等方面的研究。除此之外，分子的冷却也取得了进展。用激光冷却的超冷离子已被用于量子逻辑门的演示实验，并有可能成为量子计算机的实现方案。所有这些成果都给我们展现出了广阔的应用前景。

二维磁光阱为现有对原子冷却以形成冷原子和超冷原子的主要设备，但现有的二维磁光阱一般只使用两个椭圆形光束作为冷却光的磁光阱，存在冷却原子束的通量小、发散角大、速度分布带宽较宽及冷却效果不佳等问题。为了增加冷却原子束的通量，一般通过增加冷却区的长度来增加冷却原子束的通量，但由于现有的二维磁光阱中冷却区中的二分之一玻片、四分之一玻片、偏振分光棱镜等都是使用单独的镜架固定，增加冷却区的长度就会增加二分之一玻片、四分之一玻片、偏振分光棱镜的数量，从而需要很多的镜架，这些镜架会占据较大的空间，单独操作起来也非常的不方便。

此外，现有的二维磁光阱一般采用反亥姆赫兹线圈产生梯度磁场，但反亥姆赫兹线圈产生的定梯度的磁场需要考虑到流的发热影响，需要能够提供较大电流的电流源以产生磁场，使得设备的成本较高；同时，由于磁场由电流源提供的电流产生，产生的磁场会随着电流源产生的电流的变化而发生起伏变化。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种光路系统及高通量冷原子束流二维磁光阱系统，用于解决现有技术中的二维磁光阱系统存在的冷却原子束的通量小、发散角大、速度分布带宽较宽、冷却效果不佳、体积大、操作不方便、成本较高及磁场稳定性不好等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种光路系统，所述光路系统包括：

玻璃腔体，所述玻璃腔体包括与其端面相垂直的两两相对的四个侧面；

第一冷却子系统，位于所述玻璃腔体相对的两侧面的两侧；

第二冷却子系统，位于所述玻璃腔体另外相对的两侧面的两侧；

所述第一冷却子系统及所述第二冷却子系统沿所述玻璃腔体的长度方向均依次包括三个第一冷却区域及一个第二冷却区域。

作为本发明的光路系统的一种优选方案，所述第一冷却区域包括：第一二分之一玻片、偏振分光棱镜、第一四分之一玻片、第二四分之一玻片及第一反射镜；

所述第一二分之一玻片、所述偏振分光棱镜及所述第一四分之一玻片位于所述玻璃腔体一侧面的一侧；所述第一二分之一玻片的表面与所述玻璃腔体的该侧面相垂直；所述偏振分光棱镜包括入口及出口，所述偏振分光棱镜入口与所述第一二分之一玻片的表面相平行，所述偏振分光棱镜的出口与所述偏振分光棱镜的入口相垂直；所述第一四分之一玻片，位于所述偏振分光棱镜与所述玻璃腔体之间，所述第一四分之一玻片的表面与所述偏振分光棱镜的出口相平行；

所述第二四分之一玻片及所述第一反射镜位于与所述玻璃腔体与所述第一二分之一玻片、所述偏振分光棱镜及所述第一四分之一玻片相对的侧面的一侧；所述第一四分之一玻片对应设置，且所述第二四分之一玻片的表面与所述第一四分之一玻片的表面相平行；所述第一反射镜位于所述第二四分之一玻片远离所述玻璃腔体的一侧，且所述第一反射镜的表面与所述第二四分之一玻片的表面相平行。

作为本发明的光路系统的一种优选方案，所述第一二分之一玻片、所述偏振分光棱镜及所述第一四分之一玻片安装于同一镜架上。

作为本发明的光路系统的一种优选方案，所述第二冷却区域包括：第二反射镜、第三四分之一玻片、第四四分之一玻片及第三反射镜；

所述第二反射镜及所述第三四分之一玻片位于所述玻璃腔体设置有所述第一二分之一玻片、所述偏振分光棱镜及所述第一四分之一玻片的一侧；且所述第二反射镜位于三个依次排布的所述第一冷却区域的一侧，所述第二反射镜的表面与所述偏振分光棱镜的入口具有45°夹角；所述第三四分之一玻片位于所述第二反射镜与所述玻璃腔体之间，所述第三四分之一玻片的表面与所述偏振分光棱镜的出口相平行；

所述第四四分之一玻片及所述第三反射镜位于所述玻璃腔体设置有所述第二四分之一玻片及所述第一反射镜的一侧；且所述第四四分之一玻片与所述第三四分之一玻片对应设置，所述第四四分之一玻片的表面与所述第三四分之一玻片的表面相平行；所述第三反射镜位于所述第四四分之一玻片远离所述玻璃腔体的一侧，且所述第三反射镜的表面与所述第四四分之一玻片的表面相平行。

作为本发明的光路系统的一种优选方案，所述光路系统还包括：

第一光纤耦合器，位于所述玻璃腔体设置有所述第一二分之一玻片、所述偏振分光棱镜、所述第一四分之一玻片、所述第二反射镜及所述第三四分之一玻片的一侧，且位于所述第一冷却区域远离所述第二冷却区域的一侧；所述第一光纤耦合器的输出端的端面与所述第一二分之一玻片的表面相平行；所述第一光纤耦合器适于向所述第一冷却子系统及所述第二冷却子系统输入冷却光束；

差分抽运管，一端经由所述玻璃腔体的一端面延伸至所述玻璃腔体内；所述差分抽运管延伸至所述玻璃腔体的一端的端面为朝向所述第二四分之一玻片及所述第一反射镜所在一侧的45°倾斜面；

第四反射镜，位于所述玻璃腔体远离所述差分抽运管一端的外侧，所述第四反射镜的表面与所述差分抽送管延伸至所述玻璃腔体内的一端的端面相平行；

第二光纤耦合器，位于所述玻璃腔体设有所述第一二分之一玻片、所述偏振分光棱镜、所述第一四分之一玻片、所述第二反射镜及所述第三四分之一玻片的一侧；所述第二光纤耦合器的输出端的端面与所述第三四分之一玻片的表面相平行；所述第二光纤耦合器适于提供推送光，所述第二光纤耦合器提供的推送光经由所述第四反射镜反射后进入所述玻璃腔体，以推动所述玻璃腔体内的冷却原子束向所述差分抽运管运动；

第五反射镜，位于所述玻璃腔体设置有所述第二四分之一玻片及所述第一反射镜的一侧；所述第五反射镜的表面与所述差分抽送管延伸至所述玻璃腔体内的一端的端面相平行；

第三光纤耦合器，位于所述玻璃腔体设置有所述第五反射镜的一侧，适于提供反推送光，所述第三光纤耦合器提供的反推送光经由所述第五反射镜之后被所述第五反射镜反射至所述差分抽送管延伸至所述玻璃腔体内的一端的端面。

本发明还提供一种高通量冷原子束流二维磁光阱系统，所述高通量冷原子束流二维磁光阱系统包括如上述任一方案中所述的光路系统。

作为本发明的高通量冷原子束流二维磁光阱系统的一种优选方案，所述高通量冷原子束流二维磁光阱系统还包括磁场产生装置，所述磁场产生装置位于所述玻璃腔体的外侧，适于产生可调节梯度磁场。

作为本发明的高通量冷原子束流二维磁光阱系统的一种优选方案，所述磁场产生装置的数量为两个，两个所述磁场产生装置位于所述第一冷却子系统与所述第二冷却子系统之间，且以所述玻璃腔体的轴向中心线对称设置。

作为本发明的高通量冷原子束流二维磁光阱系统的一种优选方案，所述磁场产生装置包括：

固定板，所述固定板表面设有若干个安装槽，所述安装槽的一侧设有与外界连通的安装孔；

永久磁铁，位于所述安装槽内；

调节装置，经由所述安装孔安装于所述固定板上，适于调节各所述安装槽内的所述永久磁铁的位置。

作为本发明的高通量冷原子束流二维磁光阱系统的一种优选方案，所述调节装置包括：

挡板，位于所述安装槽内；

调节拉杆，一端经由所述安装孔插入所述安装槽内，且与所述挡板相连接，适于在外力的作用下拉动所述挡板运动以调节所述永久磁铁的位置。

作为本发明的高通量冷原子束流二维磁光阱系统的一种优选方案，所述高通量冷原子束流二维磁光阱系统还包括：

工作物质源，所述工作物质源位于所述玻璃腔体内；

加热电极，与所述工作物质源相连接，适于位所述工作物质源加热，以在所述玻璃腔体内形成所述工作物质源的原子蒸汽；

波纹管，与所述玻璃腔体内部相连通，所述工作物质源的原子蒸汽被所述光路系统中的所述第一冷却子系统及所述第二冷却子系统冷却成冷原子束流后在推送光的推送下经由所述波纹管被引出。

如上所述，本发明的光路系统及高通量冷原子束流二维磁光阱系统具有如下有益效果：

本发明的光路系统包括多个分开的冷却区域，所述光路系统使用于二维磁光阱中使不需要非常大的光学镜片对光束进行扩束，极大的减小了二维磁光阱所占的空间；同时，所述光路系统可以使得冷却光在整个光路系统中分布更加均匀。

本发明的高通量冷原子束流二维磁光阱系统具有模块紧凑、体积较小、冷却原子束的通量大、发散角小、速度分布带宽窄等优点。所述高通量冷原子束流二维磁光阱系统的磁场产生装置是使用永久磁铁产生需要的梯度磁场，相较于现有技术中的使用反亥姆霍兹线圈来产生梯度磁场，我们使用永久磁铁产生的梯度磁场可以不用考虑线圈的发热，电流的不稳定，具有极高的性价比。

附图说明

图1及图2显示为本发明实施例一中提供的光路系统不同侧面的结构示意图，其中，所述图1为显示第一冷却系统的侧面结构示意图，图2为显示第二冷却系统的侧面结构示意图。

图3显示为本发明实施例二中提供的高通量冷原子束流二维磁光阱的结构示意图。

图4显示为本发明实施例二中提供的高通量冷原子束流二维磁光阱中的磁场发生装置的结构示意图。

元件标号说明

11 玻璃腔体

111 第一表面

112 第二表面

113 第三表面

114 第四表面

12 第一冷却区域

121 第一二分之一玻片

122 偏振分光棱镜

123 第一四分之一玻片

124 第二四分之一玻片

125 第一反射镜

13 第二冷却区域

131 第二反射镜

132 第三四分之一玻片

133 第四四分之一玻片

134 第三反射镜

14 第一光纤耦合器

15 差分抽运管

16 第四反射镜

161 第四反射镜镜架

17 第二光纤耦合器

171 第二光纤耦合器镜架

18 第五反射镜

19 第三光纤耦合器

20 磁场产生装置

201 固定板

2011 安装槽

202 永久磁铁

203 调节装置

2031 挡板

2032 调节拉杆

21 加热电极

22 波纹管

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

请参阅图1及图2，本发明提供一种光路系统，所述光路系统适用于高通量冷原子束流二维磁光阱系统，所述光路系统包括：玻璃腔体11，所述玻璃腔体11包括与其端面相垂直的两两相对的四个侧面，即所述玻璃腔体11包括如图1及图2中所示的第一表面111、第二表面112、第三表面113及第四表面114，其中，所述第一表面111与所述第二表面112为相对面，所述第三表面113与所述第四表面114为相对面；第一冷却子系统，所述第一子冷却系统位于所述玻璃腔体11相对的两侧面的两侧，如图1所示，本实施例中，所述第一子冷却系统位于所述玻璃腔体11的第一表面111一侧及第二表面112一侧；第二冷却子系统，所述第二冷却系统位于所述玻璃腔体11另外相对的两侧面的两侧，如图2所示，本实施例中，所述第二冷却子系统位于所述玻璃腔体11的第三表面113一侧及第四表面114一侧；所述第一冷却子系统及所述第二冷却子系统沿所述玻璃腔体11的长度方向均依次包括三个第一冷却区域12及一个第二冷却区域13。

作为示例，请参阅图1，位于所述玻璃腔体11第一表面111一侧及第二表面112一侧的所述第一冷却区域12包括：第一二分之一玻片121、偏振分光棱镜122、第一四分之一玻片123、第二四分之一玻片124及第一反射镜125；所述第一二分之一玻片121位于所述玻璃腔体11的第一表面111一侧，且所述第一二分之一玻片121的表面与所述玻璃腔体11的第一表面相垂直；所述偏振分光棱镜122位于所述玻璃腔体11的第一表面111一侧；所述偏振分光棱镜122包括入口及出口，所述偏振分光棱镜122开口与所述第一二分之一玻片121的表面相平行，所述偏振分光棱镜122的出口与所述玻璃腔体11的第一表面111相平行；所述第一四分之一玻片123位于所述玻璃腔体11的第一表面111一侧，且位于所述偏振分光棱镜122与所述玻璃腔体11之间，所述第一四分之一玻片123的表面与所述偏振分光棱镜122的出口相平行；第二四分之一玻片124，所述第二四分之一玻片124位于所述玻璃腔体11的第二表面112一侧，且与所述第一四分之一玻片123对应设置，所述第二四分之一玻片124的表面与所述第一四分之一玻片123的表面相平行；第一反射镜125，所述第一反射镜125位于所述第二四分之一玻片124远离所述玻璃腔体11的一侧，所述第一反射镜125的表面与所述第二四分之一玻片124的表面相平行。

作为示例，请继续参阅图1，位于所述玻璃腔体11第一表面111一侧及第二表面112一侧的所述第二冷却区域13包括：第二反射镜131、第三四分之一玻片132、第四四分之一玻片133及第三反射镜134；所述第二反射镜131位于所述玻璃腔体11的第一表面111一侧，且位于三个依次排布的所述第一冷却区域12的一侧，所述第二反射镜131的表面与所述偏振分光棱镜122的入口具有45°夹角；所述第三四分之一玻片132位于所述玻璃腔体11的第一表面111一侧，且位于所述第二反射镜131与所述玻璃腔体11之间，所述第三四分之一玻片132的表面与所述玻璃腔体11的第一表面111相平行；所述第四四分之一玻片133位于所述玻璃腔体11的第二表面112一侧，且与所述第三四分之一玻片132对应设置，所述第四四分之一玻片133的表面与所述第三四分之一玻片132的表面相平行；所述第三反射镜134位于所述第四四分之一玻片133远离所述玻璃腔体11的一侧，所述第三反射镜134的表面与所述第四四分之一玻片133的表面相平行。

作为示例，请参阅图2，位于所述玻璃腔体11第三表面113一侧及第四表面114一侧的所述第一冷却区域12包括：第一二分之一玻片121、偏振分光棱镜122、第一四分之一玻片123、第二四分之一玻片124及第一反射镜125；所述第一二分之一玻片121位于所述玻璃腔体11的第三表面113一侧，且所述第一二分之一玻片121的表面与所述玻璃腔体11的第三表面相垂直；所述偏振分光棱镜122位于所述玻璃腔体11的第三表面113一侧；所述偏振分光棱镜122包括入口及出口，所述偏振分光棱镜122开口与所述第一二分之一玻片121的表面相平行，所述偏振分光棱镜122的出口与所述玻璃腔体11的第三表面113相平行；所述第一四分之一玻片123位于所述玻璃腔体11的第三表面113一侧，且位于所述偏振分光棱镜122与所述玻璃腔体11之间，所述第一四分之一玻片123的表面与所述偏振分光棱镜122的出口相平行；第二四分之一玻片124，所述第二四分之一玻片124位于所述玻璃腔体11的第四表面114一侧，且与所述第一四分之一玻片123对应设置，所述第二四分之一玻片124的表面与所述第一四分之一玻片123的表面相平行；第一反射镜125，所述第一反射镜125位于所述第二四分之一玻片124远离所述玻璃腔体11的一侧，所述第一反射镜125的表面与所述第二四分之一玻片124的表面相平行。

作为示例，请继续参阅图2，位于所述玻璃腔体11第三表面113一侧及第四表面114一侧的所述第二冷却区域13包括：第二反射镜131、第三四分之一玻片132、第四四分之一玻片133及第三反射镜134；所述第二反射镜131位于所述玻璃腔体11的第三表面113一侧，且位于三个依次排布的所述第一冷却区域12的一侧，所述第二反射镜131的表面与所述偏振分光棱镜122的入口具有45°夹角；所述第三四分之一玻片132位于所述玻璃腔体11的第三表面113一侧，且位于所述第二反射镜131与所述玻璃腔体11之间，所述第三四分之一玻片132的表面与所述玻璃腔体11的第三表面113相平行；所述第四四分之一玻片133位于所述玻璃腔体11的第四表面114一侧，且与所述第三四分之一玻片132对应设置，所述第四四分之一玻片133的表面与所述第三四分之一玻片132的表面相平行；所述第三反射镜134位于所述第四四分之一玻片133远离所述玻璃腔体11的一侧，所述第三反射镜134的表面与所述第四四分之一玻片133的表面相平行。

由于两个相邻的冷却区域之间的隔缝对原子冷却的影响非常小，本发明的光路系统包括多个分开的冷却区域，所述光路系统使用于二维磁光阱中使不需要非常大的光学镜片对光束进行扩束，极大的减小了二维磁光阱所占的空间；同时，所述光路系统可以使得冷却光在整个光路系统中分布更加均匀。

作为示例，所述第一二分之一玻片121、所述偏振分光棱镜122及所述第一四分之一玻片123安装于同一镜架上。上述设置可以极大地节约空间，且使得所述第一二分之一玻片121、所述偏振分光棱镜122及所述第一四分之一玻片123模块化，调节比较方便。

作为示例，请继续参阅图1及图2，所述光路系统还包括：第一光纤耦合器14，所述第一光纤耦合器14位于所述玻璃腔体11设置有所述第一二分之一玻片121、所述偏振分光棱镜122、所述第一四分之一玻片123、所述第二反射镜131及所述第三四分之一玻片132的一侧，即所述第一光纤耦合器14位于所述玻璃腔体11的第一表面111一侧及第三表面114一侧，且所述第一光纤耦合器14位于所述第一冷却区域12远离所述第二冷却区域13的一侧；所述第一光纤耦合器14的输出端的端面与所述第一二分之一玻片121的表面相平行；所述第一光纤耦合器14适于向所述第一冷却子系统及所述第二冷却子系统输入冷却光束；差分抽运管15，所述差分抽运管15一端经由所述玻璃腔体11的一端面延伸至所述玻璃腔体11内；所述差分抽运管15延伸至所述玻璃腔体11的一端的端面为朝向所述第二四分之一玻片124及所述第一反射镜125所在一侧的45°倾斜面，即所述差分抽运管15延伸至所述玻璃腔体11的一端的端面为朝向所述玻璃腔体11的第二表面112；第四反射镜16，所述第四反射镜16位于所述玻璃腔体11远离所述差分抽运管15一端的外侧，所述第四反射镜16的表面与所述差分抽送管15延伸至所述玻璃腔体11内的一端的端面相平行；第二光纤耦合器17，所述第二光纤耦合器17位于所述玻璃腔体11设有所述第一二分之一玻片121、所述偏振分光棱镜122、所述第一四分之一玻片123、所述第二反射镜131及所述第三四分之一玻片132的一侧，即所述第二光纤耦合器17位于所述玻璃腔体11的第一表面111的一侧；所述第二光纤耦合器17的输出端的端面与所述第三四分之一玻片132的表面相平行；所述第二光纤耦合器17适于提供推送光，所述第二光纤耦合器17提供的推送光经由所述第四反射镜16反射后进入所述玻璃腔体11，以推动所述玻璃腔体11内的冷却原子束向所述差分抽运管15运动；第五反射镜18，所述第五反射镜18位于所述玻璃腔体11设置有所述第二四分之一玻片124及所述第一反射镜125的一侧，及所述第五反射镜18位于所述玻璃腔体11的第二表面112的一侧；所述第五反射镜18的表面与所述差分抽送管15延伸至所述玻璃腔体11内的一端的端面相平行；第三光纤耦合器19，所述第三光纤耦合器19位于所述玻璃腔体11设置有所述第五反射镜18的一侧，即位于所述玻璃腔体11的第二表面112的一侧，适于提供反推送光，所述第三光纤耦合器19提供的反推送光经由所述第五反射镜18之后被所述第五反射镜18反射至所述差分抽送管15延伸至所述玻璃腔体内的一端的端面。

需要说明的是，图1及图2中带箭头的直线分别代表冷却光束、推送光、反推送光的路径方向。

本发明的所述光路系统的工作原理为：此处以第一冷却区域12作为示例进行说明，首先，所述第一光纤耦合器14输出一一定直径的线偏振光作为冷却光，所述第一二分之一玻片121分配每个所述冷却区域的冷却光的功率，调节所述第一四分之一玻片123可以改变冷却光的偏振态；冷却光通过所述玻璃腔体11之后，旋转所述第二四分之一玻片124可以产生一组相互对射偏振方向相反的圆偏振光以对所述玻璃腔体11中的工作物质源进行冷却。

实施例二

请参阅图3，本发明还提供一种高通量冷原子束二维磁光阱系统，所述高通量冷原子束流二维磁光阱系统包括如实施例一种所述的光路系统，所述光路系统的具体结构及原理请参阅实施例一，此处不再累述。

作为示例，所述高通量冷原子束流二维磁光阱系统还包括磁场产生装20置，所述磁场产生装置20位于所述玻璃腔体的外侧，适于产生可调节梯度磁场。

作为示例，所述磁场产生装置20的数量为两个，两个所述磁场产生装置20位于所述第一冷却子系统与所述第二冷却子系统之间，且以所述玻璃腔体11的轴向中心线对称设置。

请参阅图4，所述磁场产生装置20包括：固定板201，所述固定板201表面设有若干个安装槽2011，所述安装槽2011的一侧设有与外界连通的安装孔(未示出)；永久磁铁202，所述永久磁铁202位于所述安装槽2011内；调节装置203，所述调节装置203经由所述安装孔安装于所述固定板201上，适于调节各所述安装槽2011内的所述永久磁铁202的位置。

作为示例，所述调节装置203包括：挡板2031，所述挡板2031位于所述安装槽2011内；调节拉杆2032，所述调节拉杆2032一端经由所述安装孔插入所述安装槽2011内，且与所述挡板2031相连接，适于在外力的作用下拉动所述挡板2032运动以调节所述永久磁铁202的位置。本发明采用所述永久磁铁202来产生磁场，可以大大降低设备的成本；同时，上述磁场产生装置20可以调节不同所述安装槽2011内的所述永久磁铁202的位置，从而可以改变磁场梯度，有利于研究磁场梯度对二维磁光阱冷却原子的影响。本发明采用上述磁场产生装置20，产生的磁场梯度，且产生的磁场的辐射距离近，不会对附近的其他设备部件产生干扰。使用永久磁铁产生需要的梯度磁场，相较于现有技术中的使用反亥姆霍兹线圈来产生梯度磁场，我们使用永久磁铁产生的梯度磁场可以不用考虑线圈的发热，电流的不稳定，具有极高的性价比。

作为示例，所述高通量冷原子束流二维磁光阱系统还包括：工作物质源(未示出)，所述工作物质源位于所述玻璃腔体11内；加热电极21，所述加热电极21与所述工作物质源相连接，适于为所述工作物质源加热，以在所述玻璃腔体11内形成所述工作物质源的原子蒸汽；波纹管22，所述波纹管22与所述玻璃腔体11内部相连通，所述工作物质源的原子蒸汽被所述光路系统中的所述第一冷却子系统及所述第二冷却子系统冷却成冷原子束流后在推送光的推送下经由所述波纹管22被引出。

本发明的高通量冷原子束流二维磁光阱系统的工作原理为：使用所述加热电极21对工作物质源(譬如铷丝)进行加热，使得工作物质源蒸发在所述玻璃腔体11内形成原子蒸汽；使用实施例一中所述光路系统中的第一冷却系统及第二冷却系统对原子蒸汽进行冷去，使得原子蒸汽被冷却为直线状的冷原子束流；使用所述第一光纤耦合器14产生的推送光推送所述冷却原子束流依次进入所述差分抽运管15及所述波纹管22，然后进入到用于观察的六通(未示出)处，即可使用相关设备(譬如相机等)观察所述冷原子束流中被冷却的工作物质源的原子，譬如，可以观察工作物质源在冷却后的发散角、原子数、温度等参数。

本发明的高通量冷原子束流二维磁光阱系统具有模块紧凑、体积较小；冷却原子束的通量大、密度大，可以得到6*10⁹atoms/s；冷却的原子温度低，低于1mK；冷却原子的发散角小(约为26mrad)、速度分布带宽窄等优点。

综上所述，本发明的光路系统及高通量冷原子束流二维磁光阱系统，所述光路系统包括：玻璃腔体，所述玻璃腔体包括与其端面相垂直的两两相对的四个侧面；第一冷却子系统，位于所述玻璃腔体相对的两侧面的两侧；第二冷却子系统，位于所述玻璃腔体另外相对的两侧面的两侧；所述第一冷却子系统及所述第二冷却子系统沿所述玻璃腔体的长度方向均依次包括三个第一冷却区域及一个第二冷却区域。本发明的光路系统包括多个分开的冷却区域，所述光路系统使用于二维磁光阱中使不需要非常大的光学镜片对光束进行扩束，极大的减小了二维磁光阱所占的空间；同时，所述光路系统可以使得冷却光在整个光路系统中分布更加均匀。本发明的高通量冷原子束流二维磁光阱系统具有模块紧凑、体积较小、冷却原子束的通量大、发散角小、速度分布带宽窄等优点。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种光路系统，其特征在于，所述光路系统包括：

玻璃腔体，所述玻璃腔体包括与其端面相垂直的两两相对的四个侧面；

第一冷却子系统，位于所述玻璃腔体相对的两侧面的两侧；

第二冷却子系统，位于所述玻璃腔体另外相对的两侧面的两侧；

所述第一冷却子系统及所述第二冷却子系统沿所述玻璃腔体的长度方向均依次包括三个第一冷却区域及一个第二冷却区域。

2.根据权利要求1所述的光路系统，其特征在于：所述第一冷却区域包括：第一二分之一玻片、偏振分光棱镜、第一四分之一玻片、第二四分之一玻片及第一反射镜；

所述第一二分之一玻片、所述偏振分光棱镜及所述第一四分之一玻片位于所述玻璃腔体一侧面的一侧；所述第一二分之一玻片的表面与所述玻璃腔体的该侧面相垂直；所述偏振分光棱镜包括入口及出口，所述偏振分光棱镜入口与所述第一二分之一玻片的表面相平行，所述偏振分光棱镜的出口与所述偏振分光棱镜的入口相垂直；所述第一四分之一玻片，位于所述偏振分光棱镜与所述玻璃腔体之间，所述第一四分之一玻片的表面与所述偏振分光棱镜的出口相平行；

所述第二四分之一玻片及所述第一反射镜位于与所述玻璃腔体与所述第一二分之一玻片、所述偏振分光棱镜及所述第一四分之一玻片相对的侧面的一侧；所述第一四分之一玻片对应设置，且所述第二四分之一玻片的表面与所述第一四分之一玻片的表面相平行；所述第一反射镜位于所述第二四分之一玻片远离所述玻璃腔体的一侧，且所述第一反射镜的表面与所述第二四分之一玻片的表面相平行。

3.根据权利要求2所述的光路系统，其特征在于：所述第一二分之一玻片、所述偏振分光棱镜及所述第一四分之一玻片安装于同一镜架上。

4.根据权利要求2所述的光路系统，其特征在于：所述第二冷却区域包括：第二反射镜、第三四分之一玻片、第四四分之一玻片及第三反射镜；

所述第二反射镜及所述第三四分之一玻片位于所述玻璃腔体设置有所述第一二分之一玻片、所述偏振分光棱镜及所述第一四分之一玻片的一侧；且所述第二反射镜位于三个依次排布的所述第一冷却区域的一侧，所述第二反射镜的表面与所述偏振分光棱镜的入口具有45°夹角；所述第三四分之一玻片位于所述第二反射镜与所述玻璃腔体之间，所述第三四分之一玻片的表面与所述偏振分光棱镜的出口相平行；

所述第四四分之一玻片及所述第三反射镜位于所述玻璃腔体设置有所述第二四分之一玻片及所述第一反射镜的一侧；且所述第四四分之一玻片与所述第三四分之一玻片对应设置，所述第四四分之一玻片的表面与所述第三四分之一玻片的表面相平行；所述第三反射镜位于所述第四四分之一玻片远离所述玻璃腔体的一侧，且所述第三反射镜的表面与所述第四四分之一玻片的表面相平行。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的光路系统，其特征在于：所述光路系统还包括：

第一光纤耦合器，位于所述玻璃腔体设置有所述第一二分之一玻片、所述偏振分光棱镜、所述第一四分之一玻片、所述第二反射镜及所述第三四分之一玻片的一侧，且位于所述第一冷却区域远离所述第二冷却区域的一侧；所述第一光纤耦合器的输出端的端面与所述第一二分之一玻片的表面相平行；所述第一光纤耦合器适于向所述第一冷却子系统及所述第二冷却子系统输入冷却光束；

差分抽运管，一端经由所述玻璃腔体的一端面延伸至所述玻璃腔体内；所述差分抽运管延伸至所述玻璃腔体的一端的端面为朝向所述第二四分之一玻片及所述第一反射镜所在一侧的45°倾斜面；

第四反射镜，位于所述玻璃腔体远离所述差分抽运管一端的外侧，所述第四反射镜的表面与所述差分抽送管延伸至所述玻璃腔体内的一端的端面相平行；

第二光纤耦合器，位于所述玻璃腔体设有所述第一二分之一玻片、所述偏振分光棱镜、所述第一四分之一玻片、所述第二反射镜及所述第三四分之一玻片的一侧；所述第二光纤耦合器的输出端的端面与所述第三四分之一玻片的表面相平行；所述第二光纤耦合器适于提供推送光，所述第二光纤耦合器提供的推送光经由所述第四反射镜反射后进入所述玻璃腔体，以推动所述玻璃腔体内的冷却原子束向所述差分抽运管运动；

第五反射镜，位于所述玻璃腔体设置有所述第二四分之一玻片及所述第一反射镜的一侧；所述第五反射镜的表面与所述差分抽送管延伸至所述玻璃腔体内的一端的端面相平行；

第三光纤耦合器，位于所述玻璃腔体设置有所述第五反射镜的一侧，适于提供反推送光，所述第三光纤耦合器提供的反推送光经由所述第五反射镜之后被所述第五反射镜反射至所述差分抽送管延伸至所述玻璃腔体内的一端的端面。

6.一种高通量冷原子束流二维磁光阱系统，其特征在于，所述高通量冷原子束流二维磁光阱系统包括：如权利要求1至5中任一项所述的光路系统。

7.根据权利要求6所述的高通量冷原子束流二维磁光阱系统，其特征在于：所述高通量冷原子束流二维磁光阱系统还包括磁场产生装置，所述磁场产生装置位于所述玻璃腔体的外侧，适于产生可调节梯度磁场。

8.根据权利要求6所述的高通量冷原子束流二维磁光阱系统，其特征在于：所述磁场产生装置的数量为两个，两个所述磁场产生装置位于所述第一冷却子系统与所述第二冷却子系统之间，且以所述玻璃腔体的轴向中心线对称设置。

9.根据权利要求7或8所述的高通量冷原子束流二维磁光阱系统，其特征在于：所述磁场产生装置包括：

固定板，所述固定板表面设有若干个安装槽，所述安装槽的一侧设有与外界连通的安装孔；

永久磁铁，位于所述安装槽内；

调节装置，经由所述安装孔安装于所述固定板上，适于调节各所述安装槽内的所述永久磁铁的位置。

10.根据权利要求9所述的高通量冷原子束流二维磁光阱系统，其特征在于：所述调节装置包括：

挡板，位于所述安装槽内；

调节拉杆，一端经由所述安装孔插入所述安装槽内，且与所述挡板相连接，适于在外力的作用下拉动所述挡板运动以调节所述永久磁铁的位置。

11.根据权利要求6所述的高通量冷原子束流二维磁光阱系统，其特征在于：所述高通量冷原子束流二维磁光阱系统还包括：

工作物质源，所述工作物质源位于所述玻璃腔体内；

加热电极，与所述工作物质源相连接，适于为所述工作物质源加热，以在所述玻璃腔体内形成所述工作物质源的原子蒸汽；

波纹管，与所述玻璃腔体内部相连通，所述工作物质源的原子蒸汽被所述光路系统中的所述第一冷却子系统及所述第二冷却子系统冷却呈冷原子束流后在推送光的推送下经由所述波纹管被引出。