CN114005571A - 准一维冷原子源制备装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种准一维冷原子源的制备装置。所述准一维冷原子源的制备主要利用漫反射激光冷却原子技术；所述制备装置主要包括真空腔体、光学系统和冷原子密度分布测量系统。所述真空腔的外表面覆盖有对要冷却原子所需冷却激光的高漫反射率材料的横向圆柱形石英玻璃腔体；所述光学系统主要包括冷却激光、再抽运激光和探测激光。冷却激光和再抽运激光进入真空腔体后形成各向同性的准一维冷却光场对其内的背景原子气体进行激光冷却，探测激光对冷却后的原子进行吸收法探测。所述冷原子密度分布测量系统主要包括一对可移动的亥姆霍兹线圈，通过沿着探测方向均匀移动此线圈，对冷原子的密度分布进行测量。本发明在一种横向真空腔体中，实现了一种高光学厚度的均匀分布的准一维冷原子源的制备。在合适的原子源和激光系统情况，可以冷却和存储准一维的碱金属原子如锂、钠、钾、铷、铯及其他适于激光冷却的原子如亚稳态惰性气体原子。
Description
技术领域
本发明涉及激光冷却原子领域，特别地，涉及漫反射激光冷却原子技术，尤其能提供一种可扩展的横向均匀分布的准一维冷原子源的制备装置及方法。
背景技术
冷原子物理在原子频标、量子精密测量、量子信息处理及存储等多个领域有着非常重要的应用。它主要通过激光冷却技术使原子温度降低至1mK量级以下来研究、应用和控制原子，低温下的原子体现新的现象，遵从新的物理规律。其中玻色爱因斯坦凝聚(BEC)的原子温度接近绝对零度，几乎全部原子都聚集到能量最低的量子态，形成一个宏观的量子状态。三维磁光阱中的冷原子团一般为球形，二维磁光阱中产生慢速冷原子束流，冷原子光晶格中每个光晶格中最多有几个原子。激光冷却原子的核心是利用激光与原子相互作用下原子能级跃迁的能量交换，原子吸收的光子频率小于原子发射的光子的频率，其能量差是由动能提供的，通过原子与激光场的相互作用减小原子的动能，实现激光冷却原子。
漫反射激光冷却技术主要利用冷却激光进入漫反射真空腔体后形成的各向同性漫反射光场对其内的背景原子气体进行冷却。与通常的冷却机制如多普勒冷却、偏振梯度冷却和拉曼边带冷却等不同，它们基本上都与光的方向和原子的空间位置等严格相关，而漫反射光场冷却的是处于一定角度范围内满足一定速度大小的原子。由于光的失谐是不变的，原子的速度和光的角度只要满足特定关系，就能吸收与之速度成一定角度的圆锥面上的低频光子，接着自发辐射出共振的光子，降低动能。由于漫反射光场充满真空腔体内部，因此，冷却原子的角度和速度分布范围大，冷却效率高。漫反射光场冷却中存在亚多普勒冷却机制，冷原子温度比原子的多普勒极限温约低一个数量级。由于漫反射激光冷却技术所需要的漫反射光场是偏振无关的，因此，它主要利用多模光纤耦合冷却激光进入真空腔体，激光利用效率高，并且真空腔体的结构可以灵活改变。
目前激光冷却技术有如下缺点：传统激光冷却技术如磁光阱只能俘获直径为1厘米量级的冷原子团，冷原子的尺寸和形状都很难改变；漫反射激光冷却技术的缺点在于冷原子团密度不高，光学厚度低。
发明申请号为CN112768105A的中国发明专利公开了一种漫反射激光冷却装置，该装置与本发明最接近的现有技术为都利用了漫反射激光冷却技术进行原子的冷却，该装置在微波腔内冷却原子，冷却光从微波腔体的顶部和底部进入，利用微波腔内表面的镀银层产生漫反射光场，冷原子团为球形。其缺点为：1)该装置受限于要冷却的原子和微波腔的腔频，其尺寸不易改变；2)考虑重力的作用，该装置及其它现有相似技术的装置都为竖直结构；3)冷却光为竖直方向进入，该装置长度不能过长，否则影响冷却光场的均匀度及冷原子团的形状；4)冷原子利用率低，该装置产生的冷原子团为处于微波腔中心的球形分布，对于吸收法探测原子技术，探测光一般穿过原子团进行探测，只有探测光束腰内的原子参与作用。5)原子会吸附在微波腔内壁的镀银层，可能会与吸附其上的原子发生反应，使镀银层的漫反射率降低。这些缺点是本发明可以克服的。本发明装置的真空气室主体为石英材料，在其外表面涂覆盖对要冷却原子进行冷却所需激光的高漫反射率材料，没有微波腔，其尺寸易扩展。并且，不存在原子吸附石英器壁表面造成的漫反射率降低的问题。本发明首次提出横向的真空气室装置，冷却激光光和再抽运激光的合束光通过多模光纤耦合从真空腔体侧面进入，光纤耦合头与真空腔体侧面通光孔切面成30度到60度范围内的任意夹角。光束根据真空腔体的长度近似均匀分布，其数目及位置不受限制。本发明探测激光沿真空腔体中心轴线方向，冷原子在真空腔体中心轴线上为准一维均匀分布，探测光路上冷原子光学厚度高，冷原子的利用率高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种可扩展的准一维冷原子源制备装置。通过采用漫反射激光冷却技术，在一种横向石英玻璃真空腔体内利用各向同性的准一维冷却光场，实现均匀分布的准一维冷原子源的快速冷却和存储，冷原子源的寿命长，光学厚度高。
本发明的技术方案如下：
一种准一维冷原子制备系统，其特点在于，包括真空腔体和光学单元；所述的真空腔体为横向圆柱形石英玻璃腔体，腔体内维持超高真空度，腔体外表面覆盖有涂层，该涂层为对要冷却原子所需激光高漫反射率的材料；所述腔体的侧面均匀分布有多个通光孔，供多模光纤接入；所述腔体的两端均设有光学窗口作为激光的入射口和出射口，所述的光学窗口的双面均镀有对要冷却原子进行冷却所需激光的增透膜；
所述的光学单元包括冷却激光、再抽运激光和探测激光；所述的冷却激光和再抽运激光合束后，耦合进入所述的多模光纤，并等分为相同的功率，从所述的腔体的侧面进入所述的真空腔体内，经过多次漫反射形成各向同性的准一维各向同性冷却光场，用于对沿所述的真空腔体中心轴线方向冷原子团进行冷却，所述的探测激光从所述腔体的入射口中心射入，沿所述的真空腔体中心轴线方向传输，并从出射口中心射出，用于探测真空气室轴向的冷原子。
还包括冷原子密度分布测量系统，该测量系统包括一对放置在所述的真空腔体两侧、可移动的亥姆霍兹线圈，通过对该亥姆霍兹线圈施加电流，在线圈内产生均匀磁场，使处于第二基态的冷原子的能级产生移动。
多模光纤入射端分别与所述的真空腔体的侧面通光孔切面成一定的夹角，夹角是在30度到60度范围内的任意角度。
所述准一维冷原子源的制备流程如下：
冷却阶段。一般来说，对于碱金属原子，只有原子的基态和第一激发态在激光冷却中起着重要作用。并且，所述要冷却的原子具有超精细的第一基态和第二基态，第一激发态具有若干超精细分裂能级。冷却激光为红失谐的闭合跃迁，频率比第二基态到第一激发态最高能级的共振频率约小两倍的自然线宽；再抽运激光为第一基态到第一激发态次高能级的共振跃迁；探测激光为第二基态到第一激发态最高能级的共振跃迁。
首先，冷却激光和再抽运激光通过偏振分束棱镜进行合束；然后，通过若干偏振分光棱镜分束为所需的等分光束，分别用多模光纤进行耦合；接着，把光纤接入真空腔体侧面均匀分布的通光孔；激光进入真空腔体后，形成准一维的各向同性冷却光场，对真空腔体内的背景原子气体进行冷却，冷却后的原子处在第二基态。
探测阶段。在冷却激光和再抽运激光关断之后，进行冷原子的探测。探测激光为弱圆偏振光或线偏振光，可以通过单模保偏光纤或自由空间光路从真空腔体的一个端面中心射入，另一个端面中心射出，进入光电探测器进行吸收法探测，通过探测激光的吸收信号可得探测光区域内的冷原子数目、冷原子的光学厚度和冷原子的温度等被冷却原子的关键参数。
冷原子密度分布测量在探测初始阶段进行，一对亥姆霍兹线圈放置于真空气室两侧，通过施加适当的电流，在线圈内产生均匀磁场。磁场使处于第二基态的冷原子的能级产生移动，这部分原子将不能再被共振的探测激光探测到。因此，总原子数与施加磁场时探测到的原子数的差为处于磁场内的原子的数目，沿真空腔体轴线方向移动亥姆霍兹线圈，可以测出水平方向轴线上冷原子的密度分布。
所述准一维冷原子源的制备装置如下：
所述的真空腔体为一个可扩展的横向圆柱形石英玻璃气室，通过离子泵维持在超高真空度。其外层覆盖有对要冷却原子进行冷却所需激光的高漫反射率材料。要冷却的原子气体通过对连接于真空的原子源进行烘烤一定的温度产生。真空气室的两个端面为光学窗口，双面均镀有对要冷却原子进行冷却所需激光的增透膜，光学窗口通过超高真空胶粘合在真空气室主体的两个端面。真空腔体的侧面开有若干用于多模光纤注入的通光孔，两个端面中心各开一个与探测激光直径大小相当的通光孔。真空气室下端通过石英玻璃与不锈钢过渡法兰熔接。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1.现有技术的冷原子分布多为球形或椭球形，不易扩展。本发明首次实现了一种可扩展的准一维冷原子源的制备；
2.现有技术的哦冷原子源多为竖向放置，竖直探测过程受重力影响，不是实时冷原子信号。本发明准一维冷原子源为横向放置，探测过程不受重力影响，为冷原子的实时信号，探测更准确；
3.本发明准一维冷原子源的制备方法和实现装置都相对简单和容易，首次提出冷却光在真空腔体侧面进入的注入方法，并且光纤入射端与真空腔体侧切面的角度范围大，可以为30到60度范围内的任意角度，光束在真空腔体侧面近似均匀分布，光束数目及位置不受限制；
4.本发明的漫反射激光冷却方法利用各向同性光场，对激光的偏振没有要求，激光采用多模光纤的耦合方式，耦合效率高，激光的利用率高，光学系统简单；
5.本发明准一维冷原子源的冷却方法不需要磁场；
6.本发明准一维冷原子源在横向轴线上均匀分布，冷原子光学厚度高；
7.本发明准一维冷原子源的冷却时间短，稳定的最大冷原子数目的寿命长。
附图说明
图1示出了实验时序示意图；
图2示出了一个实施例的真空腔体示意图；
图3示出了一个实施例的冷却光和探测光的注入方式示意图；
图4示出了冷原子密度分布的探测方式示意图；
图5示出了通用的原子冷却的普适性能级示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。
本发明使用的冷却方式为漫反射激光冷却，它是中科院上海光机所王育竹院士首次提出的利用各向同性光场冷却气体原子的技术[1979年成都“光频标方案论证会”上报告的“漫反射冷却方案”]，在理想的无开口漫反射内，冷却光经过漫反射产生均匀的各向同性光场，这种光场冷却的多普勒共振条件为δ＝ωl-ωa＝-kvcosθ，其中，ωl是冷却光频率，ωa是原子的用于冷却的跃迁频率，原子主要吸收与其运动方向夹角为θ的满足共振条件的光子，由于cosθ≤1，对于速率v≥|δ|/k的原子，总有光子在合适的角度满足共振条件。因此，漫反射激光冷却有效避免了冷原子的横向扩散。
请参见图1，为本发明准一维冷原子源的制备时序图。所述准一维冷原子源的制备过程包括冷却过程、探测过程和冷原子密度分布测量过程，其中冷原子密度分布测量过程在探测过程的初始阶段进行。其中tc表示冷却时间，为冷却激光和再抽运激光共同作用时间；tp表示探测时间，为探测激光作用时间；tB表示冷原子密度分布测量时间，为亥姆霍兹线圈作用时间；T表示一个工作周期。其中工作周期和不同阶段的时间长度由待冷却的原子、真空腔体尺寸和激光功率等因素决定。
请参见图2，本发明实施例提供一种基于漫反射激光冷却的横向的准一维冷原子源装置。待冷却的原子来自连接于真空腔的附加原子源腔室(未示出)，通过对原子源烘烤一定的温度使原子气体释放出来。
本发明实施例所述的真空腔体2-1横向水平放置到材料为石英玻璃2-6。气室主体2-1的长度可扩展。光学窗口2-2和2-3双面均镀有对要冷却原子进行冷却所需的激光波长的透过率大于98％的增透膜，光学窗口通过超高真空胶粘合在真空气室主体2-1的左右端面，保证激光通过时偏振不改变并且透过率高。气室主体2-1和光学窗口2-2和2-3外表面均匀覆盖对要冷却原子进行冷却所需的激光波长的漫反射率大于95％的漫反射率材料，实际上，90％的漫反射率也是可以的，但是，我们在具体实验中用的是漫反射率大于95％的材料。根据一个实施例，气室主体2-1上共开八个供多模光纤耦合头进入的通光孔，光学窗口2-2和2-3中心处各开一个供探测光通过的通光孔，这些通光孔的直径都刚好供激光通过，以避免不必要的光损耗。实际上，根据气室主体长度的不同，通光孔数目可以更少或更多，主要目的为形成准一维的各向同性冷却光场。
由于所述气室主体2-1的长度可扩展，材料为石英玻璃时，比较脆，易破裂。因此，根据图2的实施例，两个托举的部分2-4和2-5起到了托举和保证气室主体2-1稳定的作用，同时保证气室主体2-1两端的真空度比较高，并且利于原子气体从原子源扩散进入气室主体2-1，保证其内背景原子气体的均匀度较高。竖直部分2-6为与法兰2-7熔接的一段石英管，真空腔体通过法兰2-7与真空系统相连，真空系统由离子泵维持在超高真空度。
请参见图3，为本发明实施例的冷却激光和再抽运激光，以及探测激光的注入方式示意图。根据一个实施例，这三种激光由两台激光器及其后的光路系统产生。其中一台激光器和一个TA放大器组合，输出的激光通过一个PBS分束后分别作为冷却光和探测光。另一台激光器提供再抽运光。根据一个实施例，冷却激光和再抽运激光的合束光耦合进入多模光纤3-1到3-8等并分为相同的功率，光纤耦合头从真空气室主体2-1的侧面进入，它们分别与进入的切面成一定的夹角，夹角可以是30度到60度范围内的任意角度。由于多模光纤出射的激光为发散的，激光容易在进入真空气室后，在真空气室内穿过石英玻璃到达高漫反射率涂层，经过涂层的多次漫反射效应，在气室内生成均匀的各向同性光场。根据图3所述实施例，冷却激光和再抽运激光合束后均匀分为八束，还可以根据真空气室的长度不同，将冷却激光和再抽运激光等分为其他所需的组分，但注入方式都与图3相似，可以在气室主体中心轴线上形成准一维的各向同性冷却光场。探测光3-9沿真空气室主体2-1中心轴线方向，从端面窗口2-2进入，窗口2-3射出，经透镜会聚后通过光电探测器3-10对真空气室内中心轴线探测区域内的原子3-11进行吸收法探测。
请参见图4，为本发明实施例的冷原子密度分布测量示意图。亥姆霍兹线圈4-1包含两个电流大小和方向相同的磁场线圈，它们分别放置于真空气室主体2-1两侧，线圈半径R与二者之间距离相等，当对线圈施加电流时，在线圈内产生均匀磁场，磁场内处于基态的原子能级将产生移动，这部分原子将不再被共振的探测激光探测到，总原子数与施加磁场时探测到的原子数相减，将得到处于磁场内冷原子的数目。沿真空腔体轴线方向4-2移动亥姆霍兹线圈，可以得出水平方向轴线上冷原子分布。冷原子的密度分布测量在探测光开启初始阶段进行。实验结果为冷原子在水平轴线方向上均匀分布，如3-11所示。
请参见图5，为本发明准一维冷原子源制备的普适性能级示意图，但具体的待冷却原子能级不局限于图5所示的能级。其中，待冷却的原子具有超精细的第一基态和第二基态，第一激发态具有若干超精细分裂能级。一般来说，冷却激光为红失谐的闭合跃迁，频率比第二基态到第一激发态最高能级的共振频率约几倍的自然线宽；再抽运激光为第一基态到第一激发态次高能级的共振跃迁；探测激光为第二基态到第一激发态最高能级的共振跃迁。其中所需激光的功率由待冷却的原子、真空腔体尺寸和实验时序等因素决定。
本发明准一维冷原子源的制备方法及装置适用于所有可以激光冷却的原子。原则上，激光冷却可以用于任何原子，但在实践中，被冷却的原子的能级跃需要有足够的激光功率。此外，在这个跃迁过程中需要散射成千上万的光子，所以从激发态发出的自发辐射应该完全到基态或亚稳态。能用于激光冷却的原子有碱金属原子锂、钠、钾、铷、铯，碱土金属原子镁、钙、锶，亚稳态惰性气体原子氦、氖、氩、氪、氙。其中主要为碱金属原子，激光冷却所需的跃迁为基态n2S1/2到第一激发态n2P1/2.3/2(1/2和3/2分别对应D1线和D2线)，多数情况下激光冷却选择碱金属原子的D2线，冷却激光为红失谐约几倍自然线宽的跃迁，再抽运激光和探测激光均为近共振跃迁。大多数的碱金属原子具有半整数的核自旋I，其中I＝1/2的碱金属原子为1H，I＝1碱金属原子的为6Li，I＝3/2的碱金属原子为7Li，23Na，39K，41K，87Rb，I＝5/2碱金属原子的为85Rb，I＝7/2的碱金属原子为133Cs。一般情况下，碱金属原子的D2线冷却为：a)6Li：冷却激光和探测激光跃迁为22S1/2F＝3/2→22P3/2F’＝5/2，再抽运激光跃迁为22S1/2F＝1/2→22P3/2F’＝3/2；b)7Li：冷却激光和探测激光跃迁22S1/2F＝2→22P3/2F’＝3，再抽运激光跃迁22S1/2F＝1→22P3/2F’＝2；c)23Na：冷却激光和探测激光跃迁32S1/2F＝2→32P3/2F’＝3，再抽运激光跃迁32S1/2F＝1→32P3/2F’＝2；d)39K和41K：冷却激光和探测激光跃迁42S1/2F＝2→42P3/2F’＝3，再抽运激光跃迁42S1/2F＝1→42P3/2F’＝2；e)40K：冷却激光和探测激光跃迁42S1/2F＝9/2→42P3/2F’＝11/2，再抽运激光跃迁42S1/2F＝7/2→42P3/2F’＝9/2；f)85Rb：冷却激光和探测激光跃迁52S1/2F＝3→52P3/2F’＝4，再抽运激光跃迁52S1/2F＝2→52P3/2F’＝3；g)87Rb：冷却激光和探测激光跃迁52S1/2F＝2→52P3/2F’＝3，再抽运激光跃迁52S1/2F＝1→52P3/2F’＝2；h)133Cs：冷却激光和探测激光跃迁62S1/2F＝4→62P3/2F’＝5，再抽运激光跃迁62S1/2F＝3→62P3/2F’＝4。
本发明提供了一种准一维冷原子源的制备方法及其装置。根据实施例，本发明的结果为：本发明可冷却一种横向可扩展的冷原子源，冷原子的光学厚度高，温度在十μK量级。在合适的激光系统下，可以冷却和存储准一维的碱金属原子铷、铯、锂、钠、钾及其他适于激光冷却的原子如亚稳态惰性气体原子等。
以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，虽然其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，任何熟悉该技术的人在不脱离本发明构思的前提下，在本发明所揭露的技术范围内，还可以做出若干变形和改进，对于任何变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种准一维冷原子制备系统，其特征在于，包括真空腔体和光学单元；所述的真空腔体为横向圆柱形石英玻璃腔体，腔体内维持超高真空度，腔体外表面覆盖有涂层，该涂层为对要冷却原子所需激光高漫反射率的材料；所述腔体的侧面均匀分布有多个通光孔，供多模光纤接入；所述腔体的两端均设有光学窗口作为激光的入射口和出射口，所述的光学窗口的双面均镀有对要冷却原子进行冷却所需激光的增透膜；
所述的光学单元包括冷却激光、再抽运激光和探测激光；所述的冷却激光和再抽运激光合束后，耦合进入所述的多模光纤，并等分为相同的功率，从所述的腔体的侧面进入所述的真空腔体内，经过多次漫反射形成各向同性的准一维各向同性冷却光场，用于对沿所述的真空腔体中心轴线方向冷原子团进行冷却，所述的探测激光从所述腔体的入射口中心射入，沿所述的真空腔体中心轴线方向传输，并从出射口中心射出，用于探测真空气室轴向的冷原子。
2.根据权利要求1所述的准一维冷原子制备系统，其特征在于，还包括冷原子密度分布测量系统，该测量系统包括一对放置在所述的真空腔体两侧、可移动的亥姆霍兹线圈，通过对该亥姆霍兹线圈施加电流，在线圈内产生均匀磁场，使处于第二基态的冷原子的能级产生移动。
3.根据权利要求1或2所述的准一维冷原子制备系统，其特征在于，多模光纤入射端分别与所述的真空腔体的侧面通光孔切面成一定的夹角，夹角是在30度到60度范围内的任意角度。
4.根据权利要求1-3任一所述的准一维冷原子制备系统，其特征在于，所述的要冷却原子包括碱金属原子锂、钠、钾、铷、铯或其他亚稳态惰性气体原子。
5.根据权利要求1-3任一所述的准一维冷原子制备系统，其特征在于，用于所述的碱金属原子的激光冷却所需的跃迁为基态n2S1/2到第一激发态n2P1/2.3/2，多数情况下激光冷却选择碱金属原子的D2线，冷却激光为红失谐约几倍自然线宽的跃迁，再抽运激光和探测激光均为近共振跃迁；大多数的碱金属原子具有半整数的核自旋I，其中I＝1/2的碱金属原子为1H，I＝1的碱金属原子为6Li，I＝3/2的碱金属原子为7Li，23Na，39K，41K，87Rb，I＝5/2的碱金属原子为85Rb，I＝7/2的碱金属原子为133Cs，碱金属原子的D2线冷却为：a)6Li：冷却激光和探测激光跃迁为22S1/2F＝3/2→22P3/2F’＝5/2，再抽运激光跃迁为22S1/2F＝1/2→22P3/2F’＝3/2；b)7Li：冷却激光和探测激光跃迁22S1/2F＝2→22P3/2F’＝3，再抽运激光跃迁22S1/2F＝1→22P3/2F’＝2；c)23Na：冷却激光和探测激光跃迁32S1/2F＝2→32P3/2F’＝3，再抽运激光跃迁32S1/2F＝1→32P3/2F’＝2；d)39K和41K：冷却激光和探测激光跃迁42S1/2F＝2→42P3/2F’＝3，再抽运激光跃迁42S1/2F＝1→42P3/2F’＝2；e)40K：冷却激光和探测激光跃迁42S1/2F＝9/2→42P3/2F’＝11/2，再抽运激光跃迁42S1/2F＝7/2→42P3/2F’＝9/2；f)85Rb：冷却激光和探测激光跃迁52S1/2F＝3→52P3/2F’＝4，再抽运激光跃迁52S1/2F＝2→52P3/2F’＝3；g)87Rb：冷却激光和探测激光跃迁52S1/2F＝2→52P3/2F’＝3，再抽运激光跃迁52S1/2F＝1→52P3/2F’＝2；h)133Cs：冷却激光和探测激光跃迁62S1/2F＝4→62P3/2F’＝5，再抽运激光跃迁62S1/2F＝3→62P3/2F’＝4。
6.一种准一维冷原子源的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
冷却阶段：合束的冷却激光和再抽运激光分别通过多根多模光纤耦合进入真空腔体，形成准一维的各向同性冷却光场，对真空腔体内的背景原子气体进行冷却，冷却后的原子处在第二基态；
探测阶段：关断冷却激光和再抽运激光，采用探测激光进行冷原子的探测。探测激光通过单模保偏光纤或自由空间光路从真空腔体的一个端面中心射入，另一个端面中心射出，由光电探测器进行吸收法探测，通过探测激光的吸收信号可得探测光区域内的冷原子数目、冷原子的光学厚度和冷原子的温度等被冷却原子的关键参数。
7.根据权利要求1所述的准一维冷原子制备系统，其特征在于，所述的探测激光为弱圆偏光或线偏光。
8.根据权利要求1所述的准一维冷原子制备系统，其特征在于，激光冷却过程tc为冷却激光和再抽运激光开启时间，探测过程tp为探测激光开启时间，其中冷原子密度分布测量为亥姆霍兹线圈4-1开启时间tB，在探测过程开始阶段进行。
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