CN112236833A - 冷原子束生成方法、冷原子束生成装置、原子干涉仪 - Google Patents

冷原子束生成方法、冷原子束生成装置、原子干涉仪 Download PDF

Info

Publication number
CN112236833A
CN112236833A CN201980037765.3A CN201980037765A CN112236833A CN 112236833 A CN112236833 A CN 112236833A CN 201980037765 A CN201980037765 A CN 201980037765A CN 112236833 A CN112236833 A CN 112236833A
Authority
CN
China
Prior art keywords
atom beam
cold atom
cold
atomic
laser
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.)
Pending
Application number
CN201980037765.3A
Other languages
English (en)
Inventor
井上辽太郎
上妻干旺
田中敦史
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Tokyo Institute of Technology NUC
Original Assignee
Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Aviation Electronics Industry Ltd, Tokyo Institute of Technology NUC filed Critical Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Publication of CN112236833A publication Critical patent/CN112236833A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/006—Manipulation of neutral particles by using radiation pressure, e.g. optical levitation
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/08—Deviation, concentration or focusing of the beam by electric or magnetic means
    • G21K1/093—Deviation, concentration or focusing of the beam by electric or magnetic means by magnetic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02015—Interferometers characterised by the beam path configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H3/00—Production or acceleration of neutral particle beams, e.g. molecular or atomic beams
    • H05H3/02—Molecular or atomic beam generation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Abstract

提供一种冷原子束生成技术，使冷原子束在与推送激光的行进方向不同的方向上行进。利用推送激光，从被束缚在空间中的原子生成冷原子束。接着，利用二维磁光阱机构中的四极磁场的零磁场线、或移动粘团机构中的光学驻波的漂移方向，偏转冷原子束。

Description

冷原子束生成方法、冷原子束生成装置、原子干涉仪
技术领域
本发明涉及冷原子束生成技术和使用该冷原子束生成技术的原子干涉仪。
背景技术
近年来，伴随激光技术的发展，正在开发各种各样的冷原子束生成技术。作为冷原子束生成技术，例如已知非专利文献1～8所公开的技术。
根据非专利文献1～3，在包含被称为发夹线(hairpin wires)的磁场生成线圈和冷却用激光对的二维磁光阱(two-dimensional magneto-optical trap；2D-MOT)机构内冷却原子，利用移动粘团(moving-molasses)的原理从冷却原子团引出冷原子束(例如，参照非专利文献2的图1)。
根据非专利文献4，在包含磁场生成线圈和冷却用激光对的2D-MOT机构内冷却原子，利用推送激光(pushing laser)从冷却原子团引出冷原子束。
根据非专利文献5，在将用于生成三维磁光阱(three-dimensional magneto-optical trap；3D-MOT)机构中的三个激光对之中一个激光对的后向反射器(retroreflector)置换为开孔1/4波长反射板的结构中，利用该一个激光对中的不对称的散射率，从冷却原子团引出冷原子束。这种技术被称为LVIS(low-velocity intensesource，低速强源)。
根据非专利文献6，在将与二维四极磁场的零磁场线一致的一个激光对追加到2D-MOT机构中的结构中，利用该一个激光对中的光束强度的差异，从冷却原子团引出冷原子束(例如，参照非专利文献6的图1)。这种技术被称为2D+-MOT。
根据非专利文献7，使用激光和金字塔型开孔反射镜，对原子进行三维冷却，并且从冷却原子团引出冷原子束。
根据非专利文献8，利用在2D-MOT机构中的四极磁场的零磁场线上行进的两种激光(推送激光和空心激光)，得到通量(flux)和速度分布被改善的冷原子束(例如，参照非专利文献8的图3)。这种技术被称为2D-HP MOT。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：E.Riis,D.S.Weiss,K.A.Moler,and S.Chu,“Atom Funnel for theProduction of a Slow,High-Density Atomic Beam,”Phys.Rev.Lett.64,1658(1990).
非专利文献2：Swanson,T.B.；Silva,N.J.；Mayer,Shannon K.；Maki,J.J.；andMcIntyre,D.H.,“Rubidium atomic funnel,”(1996).Physics Faculty Publicationsand Presentations.30.
非专利文献3：T.B.Swanson,N.J.Silva,S.K.Mayer,J.J.Maki andD.H.McIntyre:“Rubidium atomic funnel,”J.Opt.Soc.Am.B,13,9,p.1833(1996).
非专利文献4：J.Schoser,A.Batar,R.Low,V.Schweikhard,A.Grabowski,Yu.B.Ovchinnikov,and T.Pfau,“Intense source of cold Rb atoms from a pure two-dimensional magneto-optical trap,”PHYSICAL REVIEW A,66,0234102002.
非专利文献5：Z.Lu,K.Corwin,M.Renn,M.Anderson,E.Cornell and C.Wieman:“Low-Velocity Intense Source of Atoms from a Magneto-optical Trap,”Phys.Rev.Lett.,77,16,pp.3331-3334(1996).
非专利文献6：K.Dieckmann,R.Spreeuw,M.Weidemuller and J.Walraven:“Two-dimensional magneto-optical trap as a source of slow atoms,”Phys.Rev.A,58,5,pp.3891-3895(1998).
非专利文献7：J.Arlt,O.Marago,S.Webster,S.Hopkins and C.Foot:“Apyramidal magnetooptical trap as a source of slow atoms,”Opt.Commun.,December,pp.303-309(1998).
非专利文献8：Jia-Qiang Huang,Xue-Shu Yan,Chen-Fei Wu,Jian-Wei Zhang,and Li-Jun Wang,“Intense source of cold cesium atoms based on a two-dimensional magneto-optical trap with independent axial cooling and pushing,”Chin.Phys.B Vol.25,No.6 063701(2016).
发明内容
发明要解决的课题
冷原子束生成技术被用于各种各样的技术，例如，被用于马赫-曾德(Mach-Zehnder)型原子干涉仪、拉姆齐-波德(Ramsey-Borde)型原子干涉仪等原子干涉仪。在原子干涉仪中，冷原子束受到行进光学驻波的作用，所述行进光学驻波通过使频率不同的激光相对而被生成，并且具有与频率差对应的漂移(drift)速度。
可是，根据冷原子束生成技术，有激光在被生成的冷原子束的行进方向上行进的情况。根据被公开于非专利文献4的结构，由于利用推送激光从冷却原子团引出冷原子束，所以推送激光在被生成的冷原子束的行进方向上行进。根据被公开于非专利文献5的结构，构成所述一个激光对的一个激光用作有效的推送激光，该推送激光与冷原子束一起从开孔1/4波长反射板的孔中出去。根据被公开于非专利文献6的结构，构成所述一个激光对的一个激光用作有效的推送激光，该推送激光与冷原子束一起从为了使另一个激光与该一个激光相对而配置的开孔反射板的孔中出去。根据被公开于非专利文献7的结构，所述激光用作推送激光，该推送激光与冷原子束一起从金字塔型开孔反射镜的孔中出去。根据被公开于非专利文献8的结构，所述两种激光之中的一个为推送激光，该推送激光与冷原子束一起从用于反射所述两种激光之中的另一个激光(空心激光)的开孔反射板的孔中出去。
在这样的情况下，由于冷原子束和推送激光同时地进入原子干涉仪，所以推送激光有可能对原子干涉产生影响。
但是，这些冷原子束生成技术可实现具有低速度、较窄的速度分散和较高的通量的冷原子束，期望在原子干涉仪中能够使用这些冷原子束生成技术。
因此，本发明的目的在于，提供使冷原子束在与推送激光的行进方向不同的方向上行进的冷原子束生成技术。
用于解决课题的方案
在本发明的冷原子束生成技术中，利用推送激光，从被束缚在空间中的原子生成冷原子束，利用二维磁光阱机构中的四极磁场的零磁场线或移动粘团机构中的光学驻波的漂移方向，偏转冷原子束。
本发明的原子干涉仪包含连续生成冷原子束的冷原子束生成装置、生成3个以上的行进光学驻波的行进光学驻波生成单元、以及得到原子束和3个以上的行进光学驻波相互作用的结果的原子束的干涉单元。冷原子束生成装置包含：原子源；利用推送激光，从被束缚在空间中的来自原子源的原子生成冷原子束的冷原子束生成器；以及由冷原子束生成器生成的冷原子束所进入的原子束偏转器。原子束偏转器包含二维磁光阱机构或移动粘团机构。由冷原子束生成器生成的冷原子束的行进方向与推送激光的行进方向一致，在原子束偏转器为二维磁光阱机构的情况下，二维磁光阱机构中的四极磁场的零磁场线与由冷原子束生成器生成的冷原子束的行进方向交叉，在原子束偏转器为移动粘团机构的情况下，移动粘团机构中的光学驻波的漂移方向与由冷原子束生成器生成的冷原子束的行进方向交叉。
发明效果
根据本发明，通过原子束偏转器，能够使冷原子束在与推送激光的行进方向不同的方向上行进。
附图说明
图1是用于说明使用了冷原子束生成装置的原子干涉仪的结构(例子1)的图。
图2是用于说明使用了冷原子束生成装置的原子干涉仪的结构(例子2)的图。
具体实施方式
参照附图，说明本发明的实施方式。另外，附图是为了理解实施方式而被提供的，图示的各结构元素的尺寸并不是精确的。
在例示的实施方式中，说明本发明的实施方式的冷原子束生成装置100和利用冷原子束生成装置100的马赫-曾德型原子干涉仪500。马赫-曾德型原子干涉仪500包含：连续生成各个原子处于相同状态的冷原子束131a的冷原子束生成装置100；干涉单元200；行进光学驻波生成单元300；以及观测单元400(参照图1)。在本实施方式中，冷原子束生成装置100、干涉单元200和观测单元400被容纳在未图示的真空容器内。
冷原子束生成装置100在真空容器的一区划100a内包含：原子源110；利用推送激光121从被束缚在空间中的来自原子源110的原子生成冷原子束的冷原子束生成器130；以及由冷原子束生成器130生成的冷原子束131所进入的原子束偏转器140。在该实施方式中，设想冷原子束生成装置100具有包含2D+-MOT机构和2D-MOT机构的结构，因此，冷原子束生成器130相当于2D+-MOT机构，原子束偏转器140相当于2D-MOT机构。
若简单地描述其一例子，则2D+-MOT机构包含用于形成二维四极磁场的线圈(例如约飞线圈(Ioffe coils))、和在二维四极磁场的三个对称轴上配置的三个激光对。2D+-MOT机构通过三个激光对向原子施加与原子的速度相应的衰减力(形成光学粘团)，而且通过因基于二维四极磁场的与原子的位置相应的塞曼移动(Zeeman shift)和激光对的跃迁选择规则而引起的激光对的辐射压差，对原子施加与原子的位置相应的衰减力(朝向二维四极磁场的零磁场线的力)，从而将原子束缚在空间中而生成冷却原子团。
三个激光对之中的两个激光对各自是彼此相对行进且具有相同频率(比原子的共振频率略小的频率)的圆偏振光σ+、σ-的对(对应于σ+的σ-是通过将σ+用1/4波长反射板反射而形成的)。该两个激光对彼此正交(若具体地说，则一个激光对中的例如σ+的行进方向和另一个激光对中的例如σ+的行进方向正交)，而且该两个激光对还各自与线圈所形成的二维四极磁场的零磁场线正交。该两个激光对各自在与零磁场线正交的方向上，对2D+-MOT机构内的空间中存在的原子进行激光冷却。
三个激光对之中剩余的激光对是，在二维四极磁场的零磁场线上彼此相对行进且具有相同的频率(比原子的共振频率略小的频率)的圆偏振光σ+、σ-的对。该激光对在零磁场线的方向上，对2D+-MOT机构内的空间中存在的原子进行激光冷却。其中，构成该激光对的一个激光的光束强度被设定得强于另一个激光的光束强度。此外，另一个激光利用以相对于零磁场线的方向45度的角度配置的开孔反射板而被导入到线圈内的空间中，所以另一个激光包含与开孔反射板的孔对应的“零磁场线的方向上的影子(暗部)”。因此，一个激光因光束强度的差和不对称的散射率而用作有效的推送激光121，从被束缚在零磁场线附近的冷却原子团中冷原子束131穿过开孔反射板的孔而被引出。此外，如上述，一个激光(有效的推送激光)与冷原子束一起从开孔反射板的孔中漏出。
若简单地描述其一例子，则2D-MOT机构具有从2D+-MOT机构中除去二维四极磁场的零磁场线上的一个激光对后剩下的结构。
在这样的冷原子束生成装置100中，由冷原子束生成器130生成的冷原子束131的行进方向(即，二维四极磁场的零磁场线的方向)与推送激光121(即，构成二维四极磁场的零磁场线上的一个激光对的一个激光)的行进方向一致。
冷原子束生成器130和原子束偏转器140处于如下的位置关系：原子束偏转器140的2D-MOT机构中的四极磁场的零磁场线与由冷原子束生成器130生成的冷原子束131的行进方向(即，2D+-MOT机构中的二维四极磁场的零磁场线的方向)交叉。2D-MOT机构中的四极磁场的零磁场线的方向和2D+-MOT机构中的二维四极磁场的零磁场线的方向所形成的角度根据设计条件等而决定，但例如被设定为满足5度以上60度以下的规定的角度。
此外，原子源110具有使固体升华的结构、或者使液体蒸发或挥发的结构。优选固体或者液体由高纯度的单一元素构成。
在上述冷原子束生成装置100中，首先从原子源110得到气体原子。在使用锶或钙等的情况下，需要加热装置，但在使用铷或铯等的情况下，由于室温(适合于人活动的温度)下的饱和蒸气压较高(即，容易气化)，所以不使用加热装置也能够得到足够的气体原子。
充满在真空容器的一区划100a内的气体原子(以下，简称为原子)被自然供给给2D+-MOT机构(在该实施方式中，冷原子束生成器130)。如上述，在2D+-MOT机构中，利用推送激光121从被束缚在线圈内的空间中的冷却原子团生成冷原子束131，并且推送激光121在却原子束131的行进方向上漏出。
另外，若考虑以当前的技术水平所达成的冷原子束131的通量，则充满在真空容器的一区划100a内的原子和冷原子束131的每单位时间单位体积的碰撞总数足够小(即，平均自由行程较长)。
冷原子束131和漏出的推送激光121进入到具有包含2D-MOT机构的结构的原子束偏转器140中。根据冷原子束生成器130和原子束偏转器140的上述的位置关系，冷原子束131和漏出的推送激光121与原子束偏转器140的2D-MOT机构中的四极磁场的零磁场线倾斜相交。然后，通过基于2D-MOT机构的与原子的速度和位置相应的衰减力，而使冷原子束131行进的路径被变更为2D-MOT机构中的四极磁场的零磁场线的方向。但是，由于推送激光121不因2D-MOT机构而受到影响，所以推送激光121行进的路径未被变更。因此，通过原子束偏转器140，冷原子束131在与推送激光121的行进方向不同的方向上行进。从原子束偏转器140射出的冷原子束131中包含的各个原子通过光抽运(pumping)而被设定为相同的能级。由相同能级的原子构成的冷原子束131a进入到干涉单元200中。在与冷原子束131(131a)的行进方向不同的方向上行进的推送激光121被适当地进行终止处理，不进入干涉单元200。
在干涉单元200的说明之前，说明行进光学驻波生成单元300。马赫-曾德型原子干涉仪500利用n级(其中，n为2以上的预先确定的正整数)的布拉格(Bragg)衍射。行进光学驻波生成单元300生成满足n级布拉格条件的3个行进光学驻波(第1行进光学驻波201a、第2行进光学驻波201b、第3行进光学驻波201c)。还满足如下条件：第1行进光学驻波201a具有作为原子束的分离器(splitter)的功能、第2行进光学驻波201b具有作为原子束的反射镜(mirror)的功能、第3行进光学驻波201c具有作为原子束的合成器(combiner)的功能。
这样的满足各条件的3个行进光学驻波(第1行进光学驻波201a、第2行进光学驻波201b、第3行进光学驻波201c)分别通过适当地设定各自的高斯光束(Gaussian Beam)的光束束腰、波长、光强度、以及相对的激光间的频率差而实现。另外，高斯光束的光束束腰能够光学地设定(例如用透镜对激光进行聚光)，高斯光束的光强度能够电气地设定(例如调整高斯光束的输出)。即，行进光学驻波的生成参数与现有的生成参数不同，由于生成这3个行进光学驻波的行进光学驻波生成单元300的结构与现有的结构没有不同，因此省略行进光学驻波生成单元300的结构的说明(在图1中，图示了激光源、透镜、反射镜、AOM等作为概略)。
在干涉单元200中，冷原子束131a通过3个行进光学驻波201a、201b、201c。在本实施方式中的原子干涉仪中，利用相同的内部状态中的不同的2个动量状态|g,p0>和|g,p1>之间的基于光照射的跃迁。
若冷原子束131a通过第1行进光学驻波201a，则初始状态处于|g,p0>的各个原子的状态变化为|g,p0>和|g,p1>的叠加状态。若适当地设定第1行进光学驻波201a和原子的相互作用(分别适当地设定光束束腰、波长、光强度和相对的激光间的频率差)，则刚刚通过了第1行进光学驻波201a之后的|g,p0>的存在概率和|g,p1>的存在概率之比成为1比1。通过相对行进的2n个光子的吸收和释放，原子在从|g,p0>跃迁到|g,p1>时得到相当2n个光子的动量(＝p1-p0)。因此，状态|g,p1>的原子的运动方向较大地偏离状态|g,p0>的原子的运动方向。即，若冷原子束131a通过第1行进光学驻波201a，则冷原子束131a按1比1的比例分裂为由状态|g,p0>的原子构成的原子束和由状态|g,p1>的原子构成的原子束。由状态|g,p1>的原子构成的原子束的行进方向为基于n级布拉格条件的方向。0级光的方向(即，由没有布拉格衍射的状态|g,p0>的原子构成的原子束的行进方向)和基于n级布拉格条件的方向所形成的角度是0级光的方向和基于1级布拉格条件的方向所形成的角度的n倍。即，能够增大由状态|g,p0>的原子构成的原子束的行进方向和由状态|g,p1>的原子构成的原子束的行进方向的分散(换句话说，相背离)。
在分裂后，由状态|g,p0>的原子构成的原子束和由状态|g,p1>的原子构成的原子束通过第2行进光学驻波201b。此时，若适当地设定第2行进光学驻波201b和原子的相互作用(分别适当地设定光束束腰、波长、光强度和相对的激光间的频率差)，则由状态|g,p0>的原子构成的原子束因通过第2行进光学驻波201b而在通过过程中反转为由状态|g,p1>的原子构成的原子束，由状态|g,p1>的原子构成的原子束因通过第2行进光学驻波201b而在通过过程中反转为由状态|g,p0>的原子构成的原子束。此时，对于前者，如上述，从|g,p0>跃迁到|g,p1>的原子的行进方向偏离状态|g,p0>的原子的运动方向。其结果是，由通过第2行进光学驻波201b后的状态|g,p1>的原子构成的原子束的行进方向与由通过第1行进光学驻波201a后的状态|g,p1>的原子构成的原子束的行进方向平行。此外，对于后者，通过相对行进的2n个光子的吸收和释放，原子在从|g,p1>跃迁到|g,p0>时失去与从2n个光子得到的动量相同的动量。即，从|g,p1>跃迁到|g,p0>的原子的运动方向偏离跃迁前的状态|g,p1>的原子的运动方向。其结果是，由通过第2行进光学驻波201b后的状态|g,p0>的原子构成的原子束的行进方向与由通过第1行进光学驻波201a后的状态|g,p0>的原子构成的原子束的行进方向平行。
在反转后，由状态|g,p0>的原子构成的原子束和由状态|g,p1>的原子构成的原子束通过第3行进光学驻波201c。在该通过时刻，由反转后的状态|g,p0>的原子构成的原子束和由反转后的状态|g,p1>的原子构成的原子束相互交叉。此时，若适当地设定第3行进光学驻波201c和原子的相互作用(分别适当地设定光束束腰、波长、光强度和相对的激光间的频率差)，则得到与被包含在由状态|g,p0>的原子构成的原子束和由状态|g,p1>的原子构成的原子束的交叉区域内的各个原子的|g,p0>和|g,p1>的叠加状态对应的冷原子束131b。理论上，通过第3行进光学驻波201c后得到的冷原子束131b的行进方向是0级光的方向和基于n级布拉格条件的方向的任一者或两者。
若在马赫-曾德型原子干涉仪500中加入包含从第1行进光学驻波201a的作用至第3行进光学驻波201c的作用为止的原子束的2个路径在内的平面内的角速度或加速度，则在从第1行进光学驻波201a的作用至第3行进光学驻波201c的作用为止的原子束的2个路径产生相位差，该相位差被反映在通过了第3行进光学驻波201c的各个原子的状态|g,p0>的存在概率和状态|g,p1>的存在概率上。因此，观测单元400通过观测来自干涉单元200的冷原子束131b(即，通过第3行进光学驻波201c后得到的冷原子束131b)，能够检测角速度或加速度。例如，观测单元400对来自干涉单元200的冷原子束131b照射探测光408，通过光检测器409检测来自状态|g,p1>的原子的荧光。作为光检测器409，能够例示光电倍增管、荧光光电探测器等。此外，由于根据本实施方式，空间分辨率提高，即通过第3行进光学驻波后的2个路径(由状态|g,p0>的原子构成的原子束和由状态|g,p1>的原子构成的原子束)的间隔较宽，所以也能够使用CCD图像传感器作为光检测器409。或者，在使用通道倍增器(channeltron)作为光检测器409的情况下，也可以通过激光等取代探测光来对通过第3行进光学驻波后的2个路径的一个的原子束进行电离，用通道倍增器检测离子。
＜其他实施方式＞
在所述实施方式中，冷原子束生成器130具有包含2D+-MOT机构的结构。但是，由于冷原子束生成器130利用推送激光，从被束缚在空间中的原子生成冷原子束即可，所以没有被限定为包含2D+-MOT机构的结构，例如，也可以具有包含LVIS机构的结构、包含2D-MOT机构的结构、包含2D-HP MOT机构的结构、或者使用激光和金字塔型开孔反射镜生成冷原子束的结构。
此外，在所述实施方式中，原子束偏转器140具有包含2D-MOT机构的结构。但是，由于原子束偏转器140将由冷原子束生成器130生成的冷原子束偏转即可，所以没有被限定为含有2D-MOT机构，例如，也可以具有包含移动粘团机构的结构(参照图2)。
若简单地描述其一例子，则移动粘团机构至少包含一个激光对。激光对形成行进光学驻波。行进光学驻波在它的漂移方向上对原子施加速度。在移动粘团机构包含两个激光对的情况下，各激光对形成行进光学驻波。进入到两个行进光学驻波的交叉区域内的原子在两个行进光学驻波的漂移方向(具体地说，两个漂移方向的合成方向)上被施加速度。
在原子束偏转器140具有包含移动粘团机构的结构的情况下，冷原子束生成器130和原子束偏转器140处于如下位置关系：移动粘团机构中的光学驻波的漂移方向与由冷原子束生成器生成的冷原子束的行进方向交叉(优选正交)。
冷原子束131和漏出的推送激光121进入到具有包含移动粘团机构的结构的原子束偏转器140中。根据冷原子束生成器130和原子束偏转器140的上述的位置关系，冷原子束131和漏出的推送激光121与原子束偏转器140的移动粘团机构中的光学驻波的漂移方向倾斜相交。然后，冷原子束131行进的路径根据移动粘团的原理而被变更。但是，由于推送激光121未因移动粘团机构而受到影响，所以推送激光121行进的路径没有被变更。因此，通过原子束偏转器140，冷原子束131在与推送激光121的行进方向不同的方向上行进。
此外，在上述实施方式中，说明了利用n级(n≧2)布拉格衍射的马赫-曾德型原子干涉，但没有被限定于该类型，例如，也可以是利用了基于行进光学驻波的2光子拉曼(Raman)过程的马赫-曾德型原子干涉仪(参照参考文献1)。
(参考文献1)T.L.Gustavson,P.Bouyer and M.A.Kasevich,“PrecisionRotation Measurements with an Atom Interferometer Gyroscope,”Phys.Rev.Lett.78,2046-2049,Published 17March 1997.
此外，例如，在上述实施方式中，利用了使用3个行进光学驻波来进行1次分裂、1次反转和1次混合的马赫-曾德型原子干涉，但没有被限定于这样的实施方式，本发明的原子干涉仪也能够作为例如利用了进行多次分裂、多次反转和多次混合的多级马赫-曾德型原子干涉的实施方式来实施。针对这样的多级马赫-曾德型原子干涉，参照参考文献2。
(参考文献2)Takatoshi Aoki et al.,“High-finesse atomic multiple-beaminterferometer comprised of copropagating stimulated Raman-pulse fields,”Phys.Rev.A63,063611(2001)-Published 16May 2001.
此外，本发明的原子干涉仪不限于马赫-曾德型原子干涉仪，例如也可以是拉姆齐-波德型原子干涉仪。
以上，说明了本发明的实施方式，但本发明并没有被限定于这些实施方式。在不脱离本发明的宗旨的范围内被允许各种各样的变更和变形。所选择且所说明的实施方式用于解释本发明的原理和其实际的应用。本发明伴随各种各样的变更或变形而被用作各种各样的实施方式，各种各样的变更或变形根据所期待的用途而被确定。意图在于所有这样的变更和变形都包含在由所附权利要求书定义的本发明的范围内，在按照公平、合法和公正地被给予的范围而解释的情况下，意图在于被给予相同的保护。
标号说明
100 冷原子束生成装置
100a 区划
110 原子源
121 推送激光
130 冷原子束生成器
140 原子束偏转器
131 冷原子束
131a 冷原子束
131b 冷原子束
200 干涉单元
201a 第1行进光学驻波
201b 第2行进光学驻波
201c 第3行进光学驻波
300 行进光学驻波生成单元
400 观测单元
408 探测光
409 光检测器
500 原子干涉仪

Claims (5)

1.一种冷原子束生成方法，具有：
冷原子束生成步骤，利用推送激光，从被束缚在空间中的原子生成冷原子束；以及
原子束偏转步骤，偏转所述冷原子束，
在原子束偏转步骤中，利用二维磁光阱机构中的四极磁场的零磁场线或移动粘团机构中的光学驻波的漂移方向，偏转所述冷原子束。
2.一种冷原子束生成装置，包括：
原子源；
冷原子束生成器，利用推送激光，从被束缚在空间中的来自所述原子源的原子生成冷原子束；以及
原子束偏转器，由所述冷原子束生成器生成的冷原子束进入该原子束偏转器，
所述原子束偏转器包含二维磁光阱机构或移动粘团机构，
由所述冷原子束生成器生成的所述冷原子束的行进方向与所述推送激光的行进方向一致，
在所述原子束偏转器为二维磁光阱机构的情况下，所述二维磁光阱机构中的四极磁场的零磁场线与由所述冷原子束生成器生成的所述冷原子束的行进方向交叉，
在所述原子束偏转器为移动粘团机构的情况下，所述移动粘团机构中的光学驻波的漂移方向与由所述冷原子束生成器生成的所述冷原子束的行进方向交叉。
3.如权利要求2所述的冷原子束生成装置，其特征在于，
所述原子源具有使固体升华的结构、或者使液体蒸发或挥发的结构。
4.一种原子干涉仪，其特征在于，包括：
冷原子束生成装置，连续生成冷原子束；
行进光学驻波生成单元，生成3个以上的行进光学驻波；以及
干涉单元，得到所述原子束和所述3个以上的行进光学驻波相互作用的结果的原子束，
所述冷原子束生成装置包括：
原子源；
冷原子束生成器，利用推送激光，从被束缚在空间中的来自所述原子源的原子生成冷原子束；以及
原子束偏转器，由所述冷原子束生成器生成的冷原子束进入该原子束偏转器，
所述原子束偏转器包含二维磁光阱机构或移动粘团机构，
由所述冷原子束生成器生成的所述冷原子束的行进方向与所述推送激光的行进方向一致，
在所述原子束偏转器为二维磁光阱机构的情况下，所述二维磁光阱机构中的四极磁场的零磁场线与由所述冷原子束生成器生成的所述冷原子束的行进方向交叉，
在所述原子束偏转器为移动粘团机构的情况下，所述移动粘团机构中的光学驻波的漂移方向与由所述冷原子束生成器生成的所述冷原子束的行进方向交叉。
5.如权利要求4所述的原子干涉仪，其特征在于，
各所述行进光学驻波满足n级布拉格条件，n设为2以上的正整数。
CN201980037765.3A 2018-07-31 2019-06-06 冷原子束生成方法、冷原子束生成装置、原子干涉仪 Pending CN112236833A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018143782A JP6650647B2 (ja) 2018-07-31 2018-07-31 冷却原子線生成方法、冷却原子線生成装置、原子干渉計
JP2018-143782 2018-07-31
PCT/JP2019/022443 WO2020026588A1 (ja) 2018-07-31 2019-06-06 冷却原子線生成方法、冷却原子線生成装置、原子干渉計

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112236833A true CN112236833A (zh) 2021-01-15

Family

ID=69232392

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980037765.3A Pending CN112236833A (zh) 2018-07-31 2019-06-06 冷原子束生成方法、冷原子束生成装置、原子干涉仪

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20210233676A1 (zh)
EP (1) EP3799077A4 (zh)
JP (1) JP6650647B2 (zh)
CN (1) CN112236833A (zh)
AU (1) AU2019316312A1 (zh)
WO (1) WO2020026588A1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6713643B2 (ja) * 2018-12-07 2020-06-24 日本航空電子工業株式会社 原子線コリメーション方法、原子線コリメーター、原子干渉計、原子ジャイロスコープ
CN111584115B (zh) * 2020-04-26 2022-02-11 中国科学院西安光学精密机械研究所 双光束输入的激光冷却原子三维磁光阱装置
JP6948656B1 (ja) 2020-10-08 2021-10-13 日本航空電子工業株式会社 慣性センサ、原子干渉計、原子の速さを調整する方法、原子の速さを調整する装置
JP6948655B1 (ja) 2020-10-08 2021-10-13 日本航空電子工業株式会社 慣性センサ、原子干渉計、原子線の速さと進路を調整する方法、原子線の速さと進路を調整する装置
WO2023243246A1 (ja) * 2022-06-14 2023-12-21 国立研究開発法人理化学研究所 磁気光学トラップ装置、物理パッケージ、光格子時計用物理パッケージ、原子時計用物理パッケージ、原子干渉計用物理パッケージ、量子情報処理デバイス用物理パッケージ、及び、物理パッケージシステム
US20240096513A1 (en) * 2022-09-15 2024-03-21 Dora Chavez Magneto-optical trap system

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06112551A (ja) * 1992-09-25 1994-04-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 低速原子ビーム生成法およびその装置
US5834769A (en) * 1996-07-19 1998-11-10 Nec Corporation Atomic beam pattern forming method using atomic beam holography
US6303928B1 (en) * 1998-12-21 2001-10-16 The Aerospace Corporation Continuous cold atom beam atomic system
CN1317689A (zh) * 2001-06-01 2001-10-17 中国科学院上海光学精密机械研究所 原子束干涉仪
US20020134931A1 (en) * 2000-06-02 2002-09-26 Takuya Hirano Atomic beam generating method and device
US20040206896A1 (en) * 2003-02-13 2004-10-21 Ryuzo Ohmukai Atomic lithography apparatus using electro-optic effect and method of manufacturing atomic structure
US6891623B1 (en) * 1999-09-27 2005-05-10 Universite Paris 13 Method and device for atomic interferometry nanolithography
CN1784109A (zh) * 2004-12-02 2006-06-07 清华大学 一种冷原子束产生方法及其装置
US20090302957A1 (en) * 2008-06-02 2009-12-10 Filippo Levi Atomic beam tube with counter optical or atomic beams
CN107024667A (zh) * 2016-01-12 2017-08-08 精工爱普生株式会社 磁力测量装置及其制造方法以及气室及其制造方法
US20170372808A1 (en) * 2016-06-22 2017-12-28 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Cold Atom Interferometry
US20180211739A1 (en) * 2014-06-10 2018-07-26 The Secretary Of State For Business, Innovation & Skills Beam Splitters

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4992656A (en) * 1987-10-26 1991-02-12 Clauser John F Rotation, acceleration, and gravity sensors using quantum-mechanical matter-wave interferometry with neutral atoms and molecules
GB0519251D0 (en) * 2005-09-21 2005-10-26 Univ Hertfordshire Apparatus and methods for magneto and optical manipulation of atomic beams
US9470707B2 (en) * 2012-02-17 2016-10-18 Honeywell International Inc. Atom interferometer with adaptive launch direction and/or position
WO2014145233A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Johnson David M S Ring architecture for sequential operation of an atomic gyroscope

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06112551A (ja) * 1992-09-25 1994-04-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 低速原子ビーム生成法およびその装置
US5834769A (en) * 1996-07-19 1998-11-10 Nec Corporation Atomic beam pattern forming method using atomic beam holography
US6303928B1 (en) * 1998-12-21 2001-10-16 The Aerospace Corporation Continuous cold atom beam atomic system
US6891623B1 (en) * 1999-09-27 2005-05-10 Universite Paris 13 Method and device for atomic interferometry nanolithography
US20020134931A1 (en) * 2000-06-02 2002-09-26 Takuya Hirano Atomic beam generating method and device
CN1317689A (zh) * 2001-06-01 2001-10-17 中国科学院上海光学精密机械研究所 原子束干涉仪
US20040206896A1 (en) * 2003-02-13 2004-10-21 Ryuzo Ohmukai Atomic lithography apparatus using electro-optic effect and method of manufacturing atomic structure
CN1784109A (zh) * 2004-12-02 2006-06-07 清华大学 一种冷原子束产生方法及其装置
US20090302957A1 (en) * 2008-06-02 2009-12-10 Filippo Levi Atomic beam tube with counter optical or atomic beams
US20180211739A1 (en) * 2014-06-10 2018-07-26 The Secretary Of State For Business, Innovation & Skills Beam Splitters
CN107024667A (zh) * 2016-01-12 2017-08-08 精工爱普生株式会社 磁力测量装置及其制造方法以及气室及其制造方法
US20170372808A1 (en) * 2016-06-22 2017-12-28 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Cold Atom Interferometry

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
H. WANG ET AL: "MOT-Based Continuous Cold Cs-Beam Atomic Clock", 2010 IEEE INTERNATIONAL FREQUENCY CONTROL SYMPOSIUM *
YANG ET AL.: "A high flux source of cold strontium atoms", EUR. PHYS. J. D (2015) *

Also Published As

Publication number Publication date
EP3799077A4 (en) 2021-08-25
AU2019316312A1 (en) 2021-01-14
US20210233676A1 (en) 2021-07-29
JP2020020636A (ja) 2020-02-06
WO2020026588A1 (ja) 2020-02-06
EP3799077A1 (en) 2021-03-31
JP6650647B2 (ja) 2020-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112236833A (zh) 冷原子束生成方法、冷原子束生成装置、原子干涉仪
Corde et al. Femtosecond x rays from laser-plasma accelerators
Lamporesi et al. Compact high-flux source of cold sodium atoms
Mikhailova et al. Isolated attosecond pulses from laser-driven synchrotron radiation
Balerna et al. Introduction to synchrotron radiation
US7348569B2 (en) Acceleration of charged particles using spatially and temporally shaped electromagnetic radiation
Camposeo et al. A cold cesium atomic beam produced out of a pyramidal funnel
Clayburn et al. Search for spin-polarized photoemission from GaAs using light with orbital angular momentum
JPWO2019073655A1 (ja) マッハ−ツェンダー型原子干渉に基づくジャイロスコープ
US11454936B2 (en) Cooling system for a cold atoms sensor and associated cooling method
JP6713643B2 (ja) 原子線コリメーション方法、原子線コリメーター、原子干渉計、原子ジャイロスコープ
Kim et al. Cold atomic beam produced by a conical mirror funnel
Horný et al. Attosecond betatron radiation pulse train
Senje Detector development, source characterization and novel applications of laser ion acceleration
Svensson Experiments on laser-based particle acceleration: Beams of energetic electrons and protons
JP6948655B1 (ja) 慣性センサ、原子干渉計、原子線の速さと進路を調整する方法、原子線の速さと進路を調整する装置
CN116420080A (zh) 惯性传感器、原子干涉仪、调整原子的速度的方法、调整原子的速度的装置
Hagemann A Setup for High-Resolution Imaging of Ultracold Lithium Atoms
JP7201172B2 (ja) 原子干渉計の回折像検出方法、原子干渉計、原子ジャイロスコープ
Ruijter Radiation effects for the next generation of synchrotron radiation facilities
Griffiths et al. Coherent emission light source
Robert Toward an experiment of matter-wave interferometry based on strontium
Thirolf Particle Acceleration Driven by High-Power, Short Pulse Lasers
Stöhr Production of X-Rays: From Virtual to Real Photons
Paiva et al. 1D cold photoassociative ionization of Na inside a storage ring.

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination