RU2490836C1

RU2490836C1 - Zeeman atomic beam retarder

Info

Publication number: RU2490836C1
Application number: RU2012119687/07A
Authority: RU
Inventors: Антон Константинович Вершовский; Вадим Степанович Жолнеров; Юрий Владимирович Рождественский; Олег Прокопьевич Харчев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Российский институт радионавигации и времени"
Priority date: 2012-05-12
Filing date: 2012-05-12
Publication date: 2013-08-20

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: device has, along the axis of propagation of an atomic beam, an atomic beam source and a unit for generating an inhomogeneous magnetic field, as well as series-connected backward optical radiation source and acoustooptical modulator. Between the output of the atomic beam source and the input of the unit for generating an inhomogeneous magnetic field there is an atomic beam shutter, the control input of which is connected to the first output of the control unit, the second output of which is connected to the control input the unit for generating an inhomogeneous magnetic field and the control input of the backward optical radiation source. The control unit is designed such that the duration of control pulses T_impi1 and T_impi2, generated synchronously and with the same period at the first and second outputs of said control unit, satisfy the condition T_impi1<T_impi2. The backward optical radiation source has series-connected stabilised laser source and beam shutter, wherein the control input of the beam shutter forms the control input of the backward optical radiation source.

EFFECT: design of a Zeeman atomic beam retarder with smaller size and power consumption.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано в атомно-лучевых стандартах частоты на пучках атомов, например, рубидия или цезия.The invention relates to the field of quantum electronics and can be used in atomic beam frequency standards for atomic beams, for example, rubidium or cesium.

Метрологические характеристики таких стандартов частоты, в частности воспроизводимость частоты, нестабильность частоты и пр., определяются шириной линии микроволнового перехода в атомах пучка рабочего вещества. Для улучшения метрологических характеристик необходимо уменьшать ширину линии атомного перехода, что возможно, например, за счет замедления скорости движения атомов пучка рабочего вещества (см. работу [1] - Ф. Риле / Стандарты частоты. Принципы и приложения // М.: Физматлит, 2009, с.166-174).The metrological characteristics of such frequency standards, in particular frequency reproducibility, frequency instability, etc., are determined by the width of the microwave transition line in the atoms of the working substance beam. To improve metrological characteristics, it is necessary to reduce the width of the atomic transition line, which is possible, for example, by slowing the speed of movement of atoms of a beam of a working substance (see [1] - F. Riehl / Frequency Standards. Principles and Applications // M .: Fizmatlit, 2009, p. 166-174).

В настоящее время приготовление пучка замедленных («холодных») атомов рабочего вещества из теплового пучка, формируемого тепловым источником атомного пучка, реализуется следующими тремя основными методами.Currently, the preparation of a beam of delayed (“cold”) atoms of a working substance from a heat beam formed by a heat source of an atomic beam is realized by the following three main methods.

В первом методе, реализованном, например, в патенте США [2] - US 6303928, H05H 3/02, 16.10.2001, происходит контролируемое истечение атомов пучка из магнитооптической ловушки, процедура загрузки которой может использовать, например, предварительное охлаждение атомов с использованием лазерного замедления. Атомы, попадающие в область совместного воздействия световых лучей и неоднородного магнитного поля, замедляются при взаимодействии с околорезонансным светом и конденсируются в области минимального значения модуля магнитного поля, т.е. в центре ловушки. Использование специальной геометрии охлаждающих лучей, например перекрытие центральной зоны одного луча, позволяет обеспечить непрерывный поток охлажденных в ловушке атомов по направлению к зоне их регистрации.In the first method, implemented, for example, in US patent [2] - US 6303928, H05H 3/02, 10.16.2001, there is a controlled outflow of beam atoms from a magneto-optical trap, the loading procedure of which can use, for example, preliminary cooling of atoms using a laser slowdowns. Atoms falling into the region of the combined action of light rays and an inhomogeneous magnetic field slow down when interacting with near-resonant light and condense in the region of the minimum value of the magnetic field modulus, i.e. in the center of the trap. The use of special geometry of cooling rays, for example, overlapping the central zone of one ray, allows a continuous flow of atoms cooled in the trap towards the registration zone.

Второй метод, описанный, например, в работе [3] - Ho Seong Lee, Sang Eon Park, Taeg Yong Kwon, Sung Hoon Yang, Hyuck Cho / Toward a cesium frequency standard based on a continuous slow atomic beam: preliminary results // IEEE Trans. Instrum. Meas., Vol.50, 2001, pp.531-534, использует замедление атомов теплового пучка встречным воздействием лазерного излучения. При этом происходит компенсация доплеровского сдвига, изменяющегося вследствие взаимодействия с оптическим излучением, выполняемая таким образом, чтобы удержать атомы в постоянном резонансе с лазерным излучением и таким образом обеспечить эффективность охлаждения. Указанная компенсация реализуется изменением частоты лазерного излучения по мере пролета атомов через область взаимодействия.The second method, described, for example, in [3] is Ho Seong Lee, Sang Eon Park, Taeg Yong Kwon, Sung Hoon Yang, Hyuck Cho / Toward a cesium frequency standard based on a continuous slow atomic beam: preliminary results // IEEE Trans. Instrum. Meas., Vol.50, 2001, pp.531-534, uses the deceleration of the atoms of a heat beam by the counter action of laser radiation. This compensates for the Doppler shift, changing due to interaction with optical radiation, performed in such a way as to keep the atoms in constant resonance with the laser radiation and thus ensure cooling efficiency. The specified compensation is realized by changing the frequency of the laser radiation as atoms pass through the interaction region.

Третий метод, описанный, например, в работе [4] - P.N. Melentiev, P.A. Borisov and V.I. Balykin / Zeeman laser cooling of Rb-85 atoms in transverse magnetic field // Journal of experimental and theoretical physics. Vol.98, No.4, 2004, pp.667-677, использует зеемановский замедлитель. В этом случае для компенсации доплеровского сдвига используется изменение частоты оптического атомного перехода во внешнем магнитном поле соленоида, неоднородном вдоль оси распространения атомного пучка. В результате зеемановский сдвиг вдоль направления распространения атомного пучка компенсирует доплеровский сдвиг, изменяющийся вследствие охлаждения атомов. Для достижения непрерывного замедления в области взаимодействия атомного пучка с полем оптического излучения пространственное изменение магнитного поля должно соответствовать градиенту доплеровского сдвига.The third method, described, for example, in [4] is P.N. Melentiev, P.A. Borisov and V.I. Balykin / Zeeman laser cooling of Rb-85 atoms in transverse magnetic field // Journal of experimental and theoretical physics. Vol.98, No.4, 2004, pp.667-677, uses a Zeeman moderator. In this case, to compensate for the Doppler shift, we use the change in the frequency of the optical atomic transition in the external magnetic field of the solenoid, which is inhomogeneous along the axis of propagation of the atomic beam. As a result, the Zeeman shift along the direction of propagation of the atomic beam compensates for the Doppler shift, which changes due to cooling of the atoms. To achieve continuous deceleration in the interaction region of the atomic beam with the field of optical radiation, the spatial change in the magnetic field must correspond to the gradient of the Doppler shift.

Если ν₀ - начальная скорость атомов в пучке, то расстояние до полной остановки атомов равно:If ν ₀ is the initial velocity of atoms in the beam, then the distance to a complete stop of atoms is:

z₀=ν₀ ²/2a,z ₀ = ν ₀ ^2/2 a,

где a - ускорение атомов в пучке (имеющее отрицательное значение).where a is the acceleration of atoms in the beam (having a negative value).

В процессе замедления скорость атома ν(z) в точке z вдоль направления распространения пучка равняется:In the process of deceleration, the atomic velocity ν (z) at the point z along the beam propagation direction is equal to:

$ν (z) = \sqrt{2 a (z_{0} - z)}$

.

ν (z) = \sqrt{2 a (z_{0} - z)}

.

Соответственно, доплеровский сдвиг f_D(z) в точке z равен:Accordingly, the Doppler shift f _D (z) at the point z is equal to:

$f_{D} (z) = - ν (z) / λ = - \sqrt{2 a (z_{0} - z) / λ^{2}}$

,

f_{D} (z) = - ν (z) / λ = - \sqrt{2 a (z_{0} - z) / λ^{2}}

,

где λ - длина волны излучения замедляющего лазера.where λ is the wavelength of the radiation from a decelerating laser.

При этом градиент доплеровского сдвига равен:The gradient of the Doppler shift is equal to:

$\frac{d f_{D} (z)}{d z} = \frac{1}{λ} \sqrt{\frac{a}{2 (z_{0} - z)}} .$

\frac{d f_{D} (z)}{d z} = \frac{one}{λ} \sqrt{\frac{a}{2 (z_{0} - z)}} .

Пространственное изменение сдвига частоты ω_B(z) за счет зеемановского расщепления атомных уровней в магнитном поле B(z) определяется какThe spatial change in the frequency shift ω _B (z) due to the Zeeman splitting of atomic levels in a magnetic field B (z) is defined as

ω_B(z)=(m_ig_i-m_kg_k)µ_BB(z)/ћ,ω _B (z) = (m _i g _i -m _k g _k ) μ _B B (z) / ћ,

где: m_i, m_k - магнитные квантовые числа,where: m _i , m _k are magnetic quantum numbers,

g_i, g_k - факторы Ланде для i, k магнитных подуровней;g _i , g _k - Landé factors for i, k magnetic sublevels;

ћ - приведенная постоянная Планка.ћ is the reduced Planck constant.

В технике зеемановского замедлителя градиент доплеровского сдвига за счет охлаждения атомов должен быть равен градиенту зеемановского расщепления за счет пространственного изменения магнитного поля:In the Zeeman moderator technique, the gradient of the Doppler shift due to cooling of the atoms should be equal to the gradient of the Zeeman splitting due to the spatial change in the magnetic field:

$\frac{d f_{D} (z)}{d z} = - \frac{d ω_{B} (z)}{d z}$

.

\frac{d f_{D} (z)}{d z} = - \frac{d ω_{B} (z)}{d z}

.

Из этого условия следует пространственная зависимость магнитного поля для компенсации доплеровского сдвига:From this condition follows the spatial dependence of the magnetic field to compensate for the Doppler shift:

$B (z) = B (z_{0}) {[λ (m_{i} g_{i} - m_{k} g_{k})]}^{- 1} \frac{ℏ}{μ_{B}} \sqrt{\frac{a}{2} (z_{0} - z)}$

,

B (z) = B (z_{0}) {[λ (m_{i} g_{i} - m_{k} g_{k})]}^{- one} \frac{ℏ}{μ_{B}} \sqrt{\frac{a}{2} (z_{0} - z)}

,

где B(z₀) - значение магнитного поля в точке z₀.where B (z ₀ ) is the value of the magnetic field at the point z ₀ .

При этом начальное значение магнитного поля должно выбираться из условия настройки частоты лазерного излучения вблизи максимума теплового распределения (или за максимумом, если ставится цель охлаждения большего числа атомов). Максимальное ускорение, которое может получить атом при взаимодействии с полем лазерного излучения, равно:In this case, the initial value of the magnetic field should be selected from the condition for tuning the frequency of laser radiation near the maximum of the thermal distribution (or behind the maximum if the goal is to cool more atoms). The maximum acceleration that an atom can receive when interacting with a laser radiation field is:

a=ћkγ/M, a = ћkγ / M,

где k=2π/λ,where k = 2π / λ,

2γ - естественная ширина линии атомного перехода,2γ is the natural line width of the atomic transition,

М - масса атома.M is the mass of the atom.

Соответственно, минимальное расстояние L_min, на котором тепловой пучок может быть остановлен за время t_min, равен:Accordingly, the minimum distance L _min at which the heat beam can be stopped for a time t _min is equal to:

$t_{m i n} = \frac{ν_{0}}{a} = \frac{M \bar{ν}}{ℏ k y}$

, есть

L_{m i n} = \frac{ν_{0}^{2}}{2 a} = \frac{M {\bar{ν}}^{2}}{2 ℏ k y}

.

t_{m i n} = \frac{ν_{0}}{a} = \frac{M \bar{ν}}{ℏ k y}

, there is

L_{m i n} = \frac{ν_{0}^{2}}{2 a} = \frac{M {\bar{ν}}^{2}}{2 ℏ k y}

.

Для теплового пучка атомов рубидия, замедляемых на переходе с длиной волны λ=780 нм и временем жизни 27 нс, минимальная длина замедления составляет L_min=75 см, время охлаждения t_c=3,7 мс.For a heat beam of rubidium atoms slowed down at a transition with a wavelength of λ = 780 nm and a lifetime of 27 ns, the minimum deceleration length is L _min = 75 cm, the cooling time t _c = 3.7 ms.

Примером реализации зеемановского замедлителя атомного пучка является устройство, представленное в патенте [5] - US 8049162, H01S 1/00, H01S 3/00, H05H 3/02, 01.11.2011, Fig.5, выбранное в качестве прототипа.An example implementation of a Zeeman atomic beam moderator is the device presented in patent [5] - US 8049162, H01S 1/00, H01S 3/00, H05H 3/02, 11/01/2011, Fig.5, selected as a prototype.

Зеемановский замедлитель атомного пучка, выбранный в качестве прототипа, содержит расположенные вдоль оси распространения атомного пучка источник атомного пучка и блок формирования неоднородного магнитного поля, а также последовательно включенные источник встречного оптического излучения и акустооптический модулятор, формирующий на своем выходе прямой и смещенные лучи.The Zeeman atomic beam moderator, selected as a prototype, contains an atomic beam source and an inhomogeneous magnetic field generating unit located along the axis of the atomic beam propagation, as well as a counterpropagating optical radiation source and an acousto-optic modulator that generates direct and biased rays at its output.

Блок формирования неоднородного магнитного поля состоит из соленоида, предназначенного для формирования неоднородного магнитного поля, и источника его питания, работающего в непрерывном режиме. Источник встречного оптического излучения содержит стабилизированный лазерный источник. Акустооптический модулятор представляет собой, например, сборку из двух акустооптических модуляторов, отклоняющих лучи в направлениях, перпендикулярных друг другу и оси системы. Сечения результирующих траекторий смещенных лучей в плоскости, перпендикулярной оси системы, описываются фигурами Лиссажу. Прямой луч представляет собой нулевой порядок дифракции, не отклоняемый акустооптическим модулятором.The inhomogeneous magnetic field formation unit consists of a solenoid designed to form an inhomogeneous magnetic field, and its power source operating in a continuous mode. The oncoming optical radiation source contains a stabilized laser source. An acousto-optic modulator is, for example, an assembly of two acousto-optic modulators deflecting beams in directions perpendicular to each other and to the axis of the system. Sections of the resulting trajectories of displaced rays in a plane perpendicular to the axis of the system are described by Lissajous figures. A direct beam is a zero diffraction order not deflected by an acousto-optic modulator.

Источник атомного пучка и соленоид блока формирования неоднородного магнитного поля располагаются в вакуумированном объеме, необходимая степень давления в котором поддерживается вакуумным насосом. В случае, когда акустооптический модулятор вынесен за пределы вакуумированного объема, ввод формируемых акустооптическим модулятором прямого и смещенных лучей осуществляется через соответствующее окно. Источник встречного оптического излучения и акустооптический модулятор смещены относительно общей оси распространения атомного пучка, что исключает осаждение атомов пучка на окне, через которое осуществляется ввод в вакуумированный объем лучей, поступающих с выхода акустооптического модулятора.The source of the atomic beam and the solenoid of the block forming the inhomogeneous magnetic field are located in a vacuum volume, the necessary degree of pressure in which is maintained by a vacuum pump. In the case when the acousto-optic modulator is moved outside the evacuated volume, the input of direct and offset beams generated by the acousto-optic modulator is carried out through the corresponding window. The source of counterpropagating optical radiation and the acousto-optic modulator are offset relative to the general axis of propagation of the atomic beam, which eliminates the deposition of beam atoms on the window through which the rays coming from the output of the acousto-optical modulator are introduced into the evacuated volume.

Устройство-прототип работает следующим образом. Расходящийся пучок атомов, созданный тепловым источником атомного пучка, взаимодействует с полем оптического излучения, формируемым источником встречного оптического излучения. При этом оптическое излучение, с которым взаимодействуют атомы, состоит из основного лазерного луча, направленного навстречу продольной оси пучка, и смещенных лазерных лучей, формируемых акустооптическим модулятором и имеющих поперечные составляющие. Конечная конфигурация поля оптического излучения формируется за счет отражения от внутренней поверхности соленоида, представляющей собой зеркальный конус. В результате, в каждой пространственной точке пучка атом взаимодействует с двухкомпонентным оптическим полем, продольная компонента которого уменьшает проекцию скорости атомов на ось системы, а поперечная компонента осуществляет коллимацию атомов в поперечном направлении.The prototype device operates as follows. A diverging atomic beam created by a thermal source of an atomic beam interacts with an optical radiation field formed by a counterpropagating optical radiation source. In this case, the optical radiation with which the atoms interact consists of a main laser beam directed towards the longitudinal axis of the beam and offset laser beams formed by an acousto-optic modulator and having transverse components. The final configuration of the optical radiation field is formed due to reflection from the inner surface of the solenoid, which is a mirror cone. As a result, at each spatial point of the beam, the atom interacts with a two-component optical field, the longitudinal component of which reduces the projection of the velocity of atoms on the axis of the system, and the transverse component collimates the atoms in the transverse direction.

Для достижения резонансного взаимодействия между атомами в пучке и оптическим излучением, обеспечивающим уменьшение продольных скоростей атомов, используется метод изменения частоты атомного перехода посредством приложения магнитного поля, неоднородного вдоль оси пучка, т.е. метод зеемановского охлаждения. Конструктивно это осуществляется за счет использования соленоида с переменным числом витков, создающего неоднородный по оси распространения атомного пучка профиль магнитного поля. Намотка соленоида производится полым медным проводом, внутрь которого под давлением подается охлаждающая жидкость.To achieve resonant interaction between atoms in the beam and optical radiation, which provides a decrease in the longitudinal velocities of atoms, the method of changing the frequency of the atomic transition by applying a magnetic field that is inhomogeneous along the axis of the beam, i.e. Zeeman cooling method. Structurally, this is achieved through the use of a solenoid with a variable number of turns, which creates a magnetic field profile that is inhomogeneous along the axis of propagation of the atomic beam. The solenoid is winded by a hollow copper wire into which coolant is supplied under pressure.

Требования к размеру соленоида зависят от типа атомов, а также от начальной и конечной скоростей пучка. В прототипе длина соленоида варьируется в пределах от 20 до 50 см, при этом диаметр входного отверстия соленоида варьируется в диапазоне от 2 до 25 см, а диаметр выходного отверстия - в диапазоне от 2,5 до 45 см. Мощность, потребляемая соленоидом, находится в диапазоне от 1 до 30 кВт, оптимальная мощность составляет 14 кВт. Избыток тепла при таком энергопотреблении отводится посредством водяного охлаждения системы.The requirements for the size of the solenoid depend on the type of atoms, as well as on the initial and final beam velocities. In the prototype, the length of the solenoid varies from 20 to 50 cm, while the diameter of the inlet of the solenoid varies in the range from 2 to 25 cm, and the diameter of the outlet in the range from 2.5 to 45 cm. The power consumed by the solenoid is in range from 1 to 30 kW, the optimal power is 14 kW. Excess heat with such energy consumption is removed by water cooling of the system.

Очевидным недостатком зеемановского замедлителя атомного пучка, выбранного в качестве прототипа, является значительный размер соленоида, и как результат - большое энергопотребление и обусловленная этим необходимость водяного охлаждения. Указанные факторы делают невозможным применение прототипа в системах с ограниченными габаритами и энергопотреблением, в частности, в бортовых системах.The obvious drawback of the Zeeman atomic beam moderator, selected as a prototype, is the significant size of the solenoid, and as a result - high energy consumption and the resulting need for water cooling. These factors make it impossible to use the prototype in systems with limited dimensions and power consumption, in particular in on-board systems.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является создание зеемановского замедлителя атомного пучка с уменьшенными габаритами и энергопотреблением, что достигается за счет применения предложенного циклически-импульсного режима работы.The technical result to which the claimed invention is directed is to create a Zeeman atomic beam moderator with reduced dimensions and power consumption, which is achieved through the application of the proposed cyclic-pulse mode of operation.

Сущность изобретения заключается в следующем. Зеемановский замедлитель атомного пучка содержит расположенные вдоль оси распространения атомного пучка источник атомного пучка и блок формирования неоднородного магнитного поля, а также последовательно включенные источник встречного оптического излучения и акустооптический модулятор. В отличие от прототипа, между выходом источника атомного пучка и входом блока формирования неоднородного магнитного поля размещен прерыватель атомного пучка, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с управляющим входом блока формирования неоднородного магнитного поля и с управляющим входом источника встречного оптического излучения. При этом блок управления выполнен таким образом, что длительности управляющих импульсов Т_имп1 и Т_имп2, формируемых синхронно, в один и тот же момент времени и с одинаковым периодом на первом и втором его выходах, подчиняются условию Т_имп1<Т_имп2.The invention consists in the following. The Zeeman atomic beam moderator contains an atomic beam source and an inhomogeneous magnetic field generating unit located along the axis of propagation of the atomic beam, as well as a source of counterpropagating optical radiation and an acousto-optic modulator connected in series. Unlike the prototype, an atomic beam chopper is placed between the output of the atomic beam source and the input of the inhomogeneous magnetic field generation unit, the control input of which is connected to the first output of the control unit, the second output of which is connected to the control input of the inhomogeneous magnetic field formation unit and with the control input of the oncoming source optical radiation. Moreover, the control unit is designed in such a way that the duration of the control pulses T _imp1 and T _imp2 , formed synchronously, at the same time and with the same period at its first and second outputs, obey the condition T _imp1 <T _imp2 .

В частных случаях выполнения прерыватель атомного пучка содержит исполнительную часть, выполненную в виде вращающейся пластины, и управляющую часть, выполненную в виде управляемого привода магнитной передачи, управляющий вход которого образует управляющий вход прерывателя атомного пучка, а источник встречного оптического излучения содержит последовательно соединенные стабилизированный лазерный источник и прерыватель луча, при этом управляющий вход прерывателя луча образует управляющий вход источника встречного оптического излучения.In particular cases, the atomic beam chopper contains an executive part made in the form of a rotating plate and a control part made in the form of a controlled magnetic drive, the control input of which forms the control input of the atomic beam chopper, and the oncoming optical radiation source contains a stabilized laser source connected in series and a beam chopper, wherein the control input of the beam chopper forms the control input of the oncoming optical radiation source Eden.

Сущность изобретения и его реализуемость поясняются иллюстративными материалами, представленными на фиг.1-3, где:The invention and its feasibility are illustrated by illustrative materials presented in figures 1-3, where:

на фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого зеемановского замедлителя атомного пучка;figure 1 presents the structural diagram of the proposed Zeeman moderator of the atomic beam;

на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие циклически-импульсный характер работы зеемановского замедлителя атомного пучка (2а - диаграмма управляющих импульсов u₁ на первом выходе блока управления, 2б - диаграмма управляющих импульсов u₂ на втором выходе блока управления, 2в - диаграмма тока i_сол в соленоиде, 2г - диаграмма, иллюстрирующая количество атомов N_am__вх на входе соленоида, 2д - диаграмма, иллюстрирующая количество атомов N_am__вых на выходе из соленоида, 2е - диаграмма, иллюстрирующая среднюю скорость атомов ν_am__cp на выходе соленоида);figure 2 is a timing diagram explaining the cyclic-pulse nature of the Zeeman atomic moderator (2a is a diagram of control pulses u ₁ at the first output of the control unit, 2b is a diagram of control pulses u ₂ at the second output of the control unit, 2c is a diagram of current i _salt in the solenoid, 2d is a diagram illustrating the number of atoms N _am _ _in at the input of the solenoid, 2d is a diagram illustrating the number of atoms N _am _ _out at the outlet of the solenoid, 2e is a diagram illustrating the average atomic velocity ν _am _ _cp at the outlet of the solenoid );

на фиг.3. - зависимости распределения числа атомов (n) по скоростям (ν) на выходе соленоида в характерные периоды времени (3а - при t=t₀, 3б - при t₁<t<t₂, 3в - при t₃>t>t₂).figure 3. - dependences of the distribution of the number of atoms (n) over the velocities (ν) at the output of the solenoid in characteristic time periods (3a - for t = t ₀ , 3b - for t ₁ <t <t ₂ , 3c - for t ₃ >t> t ₂ )

Заявляемый зеемановский замедлитель атомного пучка содержит, см. фиг.1, источник 1 атомного пучка, формирующий пучок 2 атомов, прерыватель 3 атомного пучка и блок 4 формирования неоднородного магнитного поля, расположенные вдоль оси распространения атомного пучка, а также последовательно включенные источник 5 встречного оптического излучения и акустооптический модулятор 6, формирующий на своем выходе прямой 7 и смещенные 8 лучи.The inventive Zeeman atomic beam moderator contains, see FIG. 1, an atomic beam source 1, a beam of 2 atoms, an atomic beam chopper 3 and an inhomogeneous magnetic field generating unit 4 located along the atomic beam propagation axis, as well as a counterpropagating optical source 5 radiation and an acousto-optic modulator 6, forming at its output a straight line 7 and offset 8 rays.

Управляющий вход прерывателя 3 атомного пучка соединен с первым выходом блока 9 управления, второй выход которого соединен с управляющим входом блока 4 формирования неоднородного магнитного поля и с управляющим входом источника 5 встречного оптического излучения. При этом блок 9 управления выполнен таким образом, что длительности управляющих импульсов Т_имп1 и Т_имп2, формируемых синхронно, в один и тот же момент времени и с одинаковым периодом на первом и втором его выходах, подчиняются условию Т_имп1<Т_имп2.The control input of the atomic beam chopper 3 is connected to the first output of the control unit 9, the second output of which is connected to the control input of the inhomogeneous magnetic field generating unit 4 and to the control input of the oncoming optical radiation source 5. At the same time, the control unit 9 is designed in such a way that the duration of the control pulses T _imp1 and T _imp2 , formed synchronously, at the same time and with the same period at its first and second outputs, obey the condition T _imp1 <T _imp2 .

Прерыватель 3 атомного пучка содержит исполнительную часть, выполненную в виде вращающейся пластины 10, периодически открывающей и закрывающей путь для пучка 2 атомов, и управляющую часть, выполненную в виде управляемого привода магнитной передачи 11, управляющий вход которого образует управляющий вход прерывателя 3 атомного пучка. Управляемый привод магнитной передачи 11 обеспечивает бесконтактную передачу усилия вращения к находящейся в вакуумированном объеме вращающейся пластине 10. Вариант конструктивного выполнения прерывателя 3 атомного пучка с вращающейся пластиной и управляемым приводом магнитной передачи представлен, например, в работе [6] - С.Я. Хмель, Р.Г. Шарафутдинов / Времяпролетные измерения в молекулярном пучке, выделенном из струи конденсирующегося углекислого газа // ЖТФ, т.68, вып.8, 1998, стр.120-124.The atomic beam chopper 3 contains an actuating part made in the form of a rotating plate 10, periodically opening and closing the path for a beam of 2 atoms, and a control part made in the form of a controlled magnetic drive 11, the control input of which forms the control input of the atomic beam chopper 3. The controlled magnetic drive 11 provides a non-contact transmission of the rotational force to the rotating plate 10 located in the evacuated volume. An embodiment of the atomic beam chopper 3 with a rotating plate and a controlled magnetic transmission drive is presented, for example, in [6] - S.Ya. Hops, R.G. Sharafutdinov / Time-of-flight measurements in a molecular beam extracted from a jet of condensing carbon dioxide // ZhTF, vol. 68, issue 8, 1998, pp. 120-124.

Блок 4 формирования неоднородного магнитного поля состоит из соленоида 12, предназначенного для формирования неоднородного магнитного поля, и управляемого источника 13 питания, управляющий вход которого образует управляющий вход блока 4 формирования неоднородного магнитного поля.Block 4 forming an inhomogeneous magnetic field consists of a solenoid 12, designed to form an inhomogeneous magnetic field, and a controlled power source 13, the control input of which forms the control input of block 4 of the formation of an inhomogeneous magnetic field.

Источник 5 встречного оптического излучения содержит последовательно соединенные стабилизированный лазерный источник 14 и прерыватель 15 луча, при этом управляющий вход прерывателя 15 луча образует управляющий вход источника 5 встречного оптического излучения. Прерыватель 15 луча может быть выполнен, например, в виде двухпроходного акустооптического модулятора с блокирующим излучение неподвижным экраном. Стабилизированный лазерный источник 14 может быть выполнен, например, в виде полупроводникового лазера, стабилизированного по резонансу насыщенного поглощения в атомной среде, например, аналогично лазеру, описанному в работе [7] - P.A. Borisov, P.N. Melentiev, S.N. Rudnev, V.I. Balykin / Simple System for Active Frequency Stabilization of a Diode Laser in an External Cavity // Laser Physics, Vol.15, No.11, 2005, pp.1-5. Внешнего управления лазерным источником 14 не требуется, но схема его питания и стабилизации параметров должна включать алгоритм поиска и захвата резонанса насыщенного поглощения. В практических схемах в качестве лазерного источника 14 целесообразно использовать составной источник, состоящий из маломощного лазера с вертикальной эмиссией (VECSEL) и полупроводникового усилителя лазерного излучения.The oncoming optical radiation source 5 comprises a stabilized laser source 14 and a beam chopper 15 connected in series, while the control input of the beam chopper 15 forms the control input of the oncoming optical radiation source 5. The beam chopper 15 can be made, for example, in the form of a two-pass acousto-optic modulator with a radiation-blocking fixed screen. The stabilized laser source 14 can be made, for example, in the form of a semiconductor laser stabilized by the resonance of saturated absorption in an atomic medium, for example, similarly to the laser described in [7] - P.A. Borisov, P.N. Melentiev, S.N. Rudnev, V.I. Balykin / Simple System for Active Frequency Stabilization of a Diode Laser in an External Cavity // Laser Physics, Vol.15, No.11, 2005, pp. 1-5. External control of the laser source 14 is not required, but the scheme of its power supply and stabilization of parameters should include an algorithm for searching and capturing the resonance of saturated absorption. In practical schemes, it is advisable to use a composite source consisting of a low-power vertical emission laser (VECSEL) and a semiconductor laser amplifier as a laser source 14.

Источник 1 атомного пучка, исполнительная часть прерывателя 3 атомного пучка и соленоид 12 блока 4 формирования неоднородного магнитного поля располагаются в вакуумированном объеме с вакуумным насосом 16.The source 1 of the atomic beam, the Executive part of the chopper 3 of the atomic beam and the solenoid 12 of the unit 4 for forming an inhomogeneous magnetic field are located in a vacuum volume with a vacuum pump 16.

В рассматриваемом случае акустооптический модулятор 6 находится за пределами вакуумированного объема, при этом ввод формируемых акустооптическим модулятором 6 лучей 7 и 8 осуществляется через соответствующее окно (на фиг.1 не показано).In the case under consideration, the acousto-optic modulator 6 is outside the evacuated volume, while the rays formed by the acousto-optic modulator 6 are inputted through the corresponding window (not shown in Fig. 1).

В рассматриваемом случае источник 5 встречного оптического излучения и акустооптический модулятор 6 смещены, как и в прототипе, относительно общей оси распространения атомного пучка 2, что исключает осаждение атомов пучка на окне, через которое осуществляется ввод в вакуумированный объем формируемых акустооптическим модулятором 6 лучей 7 и 8, что положительно сказывается на ресурсе работы. Возникающая при этом асимметрия оптической схемы, а именно, наклон луча 7 по отношению к оси распространения пучка 2 атомов, компенсируется асимметрией пространственно-временного распределения лучей 8, аналогично прототипу.In this case, the oncoming optical radiation source 5 and the acousto-optic modulator 6 are displaced, as in the prototype, relative to the general axis of propagation of the atomic beam 2, which eliminates the deposition of beam atoms on the window through which the rays 7 and 8 formed by the acousto-optic modulator 6 are introduced into the evacuated volume , which positively affects the resource of work. The asymmetry of the optical scheme that occurs in this case, namely, the slope of the beam 7 with respect to the axis of propagation of the beam of 2 atoms, is compensated by the asymmetry of the spatio-temporal distribution of the rays 8, similar to the prototype.

Акустооптический модулятор 6 представляет собой, например, сборку из двух акустооптических модуляторов, отклоняющих лучи 8 в направлениях, перпендикулярных друг другу и оси системы. Сечения результирующих траекторий смещенных лучей 8 в плоскости, перпендикулярной оси системы, описываются фигурами Лиссажу. Прямой луч 7 при этом представляет собой нулевой порядок дифракции, не отклоняемый акустооптическим модулятором 6.The acousto-optic modulator 6 is, for example, an assembly of two acousto-optic modulators deflecting beams 8 in directions perpendicular to each other and the axis of the system. Sections of the resulting trajectories of displaced beams 8 in a plane perpendicular to the axis of the system are described by Lissajous figures. In this case, the direct beam 7 represents the zero diffraction order, which is not rejected by the acousto-optical modulator 6.

Оптическое излучение на вход акустооптического модулятора 6 может подаваться как непосредственно с прерывателя луча 15 и стабилизированного лазерного источника 14, так и с помощью оптоволокна (на фиг.1 не показано), что позволяет размещать в этом случае источник 5 встречного оптического излучения в произвольной области пространства.Optical radiation at the input of the acousto-optical modulator 6 can be supplied either directly from the beam chopper 15 and the stabilized laser source 14, or using optical fiber (not shown in Fig. 1), which makes it possible to place the counterpropagating optical radiation source 5 in an arbitrary region of space in this case .

Работа заявляемого зеемановского замедлителя атомного пучка происходит следующим образом.The operation of the claimed Zeeman atomic beam moderator is as follows.

Источник 1 атомного пучка (например, тепловой источник пучка атомов рубидия) формирует на своем выходе пучок 2 атомов, который через прерыватель 3 атомного пучка поступает на вход блока 4 формирования неоднородного магнитного поля, а именно, на вход соленоида 12.An atomic beam source 1 (for example, a heat source of a rubidium atom beam) forms an atomic beam 2 at its output, which, through an atomic beam interrupter 3, enters the input of an inhomogeneous magnetic field generating unit 4, namely, the input of solenoid 12.

Блок 9 управления формирует на своих первом и втором выходах последовательности управляющих импульсов u₁ и u₂ длительностью Т_имп1 и Т_имп2 соответственно, где Т_имп1<Т_имп2. Управляющие импульсы формируются синхронно, в один и тот же начальный момент времени t₀ и повторяются с периодичностью Т (фиг.2а, б).The control unit 9 generates at its first and second outputs sequences of control pulses u ₁ and u _{2 of} duration T _imp1 and T _imp2, respectively, where T _imp1 <T _imp2 . The control pulses are generated synchronously, at the same initial time t ₀ and are repeated with a periodicity T (figa, b).

Управляющие импульсы u₁ поступают на управляющий вход прерывателя 3 атомного пучка (т.е. на управляющий вход управляемого привода магнитной передачи 11, осуществляющего поворот вращающейся пластины 10), а управляющие импульсы u₂ - на управляющий вход блока 4 формирования неоднородного магнитного поля (т.е. на управляющий вход управляемого источника 13 питания соленоида 12) и управляющий вход источника 5 встречного оптического излучения (т.е. на управляющий вход прерывателя 15 луча).The control pulses u ₁ are supplied to the control input of the atomic beam chopper 3 (i.e., to the control input of the controlled magnetic drive 11, which rotates the rotating plate 10), and the control pulses u ₂ are sent to the control input of the inhomogeneous magnetic field generating unit 4 (t ie to the control input of the controlled power supply source 13 of the solenoid 12) and the control input of the oncoming optical radiation source 5 (i.e., to the control input of the beam chopper 15).

Под действием управляющего импульса u₂ через обмотку соленоида 12 начинает протекать ток i_сол (фиг.2в), под действием которого во внутреннем пространстве соленоида 12 формируется неоднородное магнитное поле.Under the action of the control pulse u ₂ through the winding of the solenoid 12 begins to flow current i _sol (pigv), under the influence of which in the inner space of the solenoid 12 is formed an inhomogeneous magnetic field.

Под действием управляющего импульса u₁ в момент времени t₀ прерыватель 3 атомного пучка начинает пропускать атомный пучок 2 в соленоид 12 (фиг.2а, 3а), где на него одновременно воздействует неоднородное магнитное поле и поле встречного оптического излучения.Under the action of the control pulse u ₁ at time t _{0, the} atomic beam chopper 3 begins to pass the atomic beam 2 into the solenoid 12 (Figs. 2a, 3a), where it is simultaneously affected by an inhomogeneous magnetic field and the field of counterpropagating optical radiation.

В момент времени t₁ (фиг.2а) прерыватель 3 атомного пучка закрывается, что приводит к прерыванию атомного пучка 2. Благодаря этому быстрые атомы пучка первыми покидают соленоид 12 и столкновения с ними не препятствуют процессу охлаждения остальных атомов с меньшими скоростями (фиг.2г, д, е, 3б).At time t ₁ (Fig. 2a), the atomic beam chopper 3 closes, which leads to the interruption of the atomic beam 2. Due to this, fast beam atoms are the first to leave the solenoid 12 and collisions with them do not interfere with the cooling of the remaining atoms at lower speeds (Fig. 2d , e, e, 3b).

Оптическое излучение, с которым взаимодействуют атомы пучка 2, состоит из прямого луча 7, направленного навстречу пучку 2 атомов, и смещенных лучей 8, имеющих поперечные составляющие. Конечная конфигурация поля оптического излучения внутри соленоида 12 формируется за счет отражения от внутренней поверхности соленоида 12. В результате, в каждой пространственной точке атомы пучка 2 взаимодействует с двухкомпонентным оптическим полем, продольная компонента которого уменьшает проекцию скорости атомов на ось системы, а поперечная компонента осуществляет коллимацию атомов в поперечном направлении. При этом напряженность магнитного поля на каждом участке соленоида 12 подобрана так, чтобы компенсировать доплеровское смещение частоты атомного резонанса в пучке пролетающих атомов, и, тем самым, на всей длине соленоида 12 обеспечить максимально эффективное торможение выбранной скоростной группы атомов встречным лучом света.The optical radiation with which the atoms of the beam 2 interact, consists of a direct beam 7 directed towards the atomic beam 2, and displaced beams 8 having transverse components. The final configuration of the optical radiation field inside the solenoid 12 is formed due to reflection from the inner surface of the solenoid 12. As a result, at each spatial point, the atoms of the beam 2 interact with a two-component optical field, the longitudinal component of which reduces the projection of the velocity of atoms on the axis of the system, and the transverse component collimates atoms in the transverse direction. In this case, the magnetic field strength in each section of the solenoid 12 is selected so as to compensate for the Doppler frequency shift of the atomic resonance in the beam of flying atoms, and, thus, provide the most effective braking of the selected velocity group of atoms with the oncoming light beam along the entire length of the solenoid 12.

В отличие от прототипа, частота лазерного излучения (встречного оптического излучения) изначально настраивается так, чтобы обеспечить эффективное торможение не всех атомов, пролетающих через соленоид 12, а наиболее медленной их части, имеющей скорость ν≤ν₀ (фиг.3б). Эти медленные атомы, охлажденные в соленоиде 12 до скоростей (1-10) м/с, начинают покидать соленоид 12 в момент времени t₂ (фиг.2д, е). При этом быстрые атомы, характеризующиеся скоростями ν>ν₀, не затрагиваются взаимодействием со светом и к моменту времени t₂=t₁+l/ν₀ (здесь и далее l - длина соленоида 12) покидают соленоид 12 (фиг.2е, 3в).Unlike the prototype, the frequency of laser radiation (counterpropagating optical radiation) is initially tuned so as to ensure effective braking of not all atoms flying through the solenoid 12, but of the slowest part of them, having a speed ν≤ν ₀ (Fig.3b). These slow atoms, cooled in the solenoid 12 to speeds (1-10) m / s, begin to leave the solenoid 12 at time t ₂ (fig.2d, e). In this case, fast atoms, characterized by velocities ν> ν ₀ , are not affected by the interaction with light, and by the time t ₂ = t ₁ + l / ν ₀ (hereinafter, l is the length of the solenoid 12) leave the solenoid 12 (Figs. 2e, 3c). )

Группа атомов, имеющая скорости ν≤ν₀, эффективно охлаждается в соленоиде 12 лучами 7 и 8 аналогично прототипу. При этом необходимая длина l соленоида 12 пропорциональна квадрату скорости атомов ν₀: $l \sim ν_{0}^{2}$

, а величина максимального магнитного поля при постоянной величине градиента пропорциональна длине l соленоида 12:

B_{\max} \sim l \sim ν_{0}^{2}

. Таким образом, при B_max>>B_min рассеиваемая на соленоиде 12 мощность

P \sim l \cdot (B_{\max} + B_{\min}) / 2 \sim ν_{0}^{4}

, и уже двукратное снижение скорости ν₀ приводит к 4-кратному уменьшению длины соленоида 12 (что для теплового пучка атомов рубидия составляет 18,75 см), и к 16-ти кратному снижению рассеиваемой на нем мощности.A group of atoms having speeds ν≤ν ₀ is effectively cooled in the solenoid 12 by rays 7 and 8, similarly to the prototype. In this case, the required length l of the solenoid 12 is proportional to the square of the atomic velocity ν ₀ :

l \sim ν_{0}^{2}

, and the maximum magnetic field with a constant gradient is proportional to the length l of the solenoid 12:

B_{\max} \sim l \sim ν_{0}^{2}

. Thus, at B _max >> B _{min the} power dissipated on the solenoid 12

P \sim l \cdot (B_{\max} + B_{\min}) / 2 \sim ν_{0}^{four}

, and already a twofold decrease in the velocity ν ₀ leads to a 4-fold decrease in the length of the solenoid 12 (which is 18.75 cm for the heat beam of rubidium atoms), and to a 16-fold decrease in the power dissipated on it.

Процесс охлаждения атомов заканчивается к моменту времени t₃, когда медленные атомы, характеризующиеся распределением скоростей, представленным на фиг.3в, покидают соленоид 12 (фиг.2д, е). В этот момент выключается источник 5 встречного оптического излучения и отключается питание от соленоида 12 (фиг.2б). После этого, по прошествии времени t₄-t₃=Т_инд<1 мс, определяемого индуктивностью соленоида 12 и внутренним сопротивлением управляемого источника 13 питания, медленные атомы оказываются в условиях, свободных от каких-либо возмущающих воздействий.The process of cooling the atoms ends at time t ₃ when the slow atoms, characterized by the velocity distribution shown in figv, leave the solenoid 12 (fig.2d, e). At this moment, the oncoming optical radiation source 5 is turned off and the power from the solenoid 12 is turned off (Fig.2b). After that, after a lapse of time t ₄ -t ₃ = T _ind <1 ms, determined by the inductance of the solenoid 12 and the internal resistance of the controlled power source 13, the slow atoms are in conditions free from any disturbing influences.

С момента времени t₄ и до окончания периода циклического переключения длительностью Т замедленные атомы пучка пролетают вдоль оси распространения ту часть пространства, которая предназначена для «регистрации» параметров атомов пучка.From the moment of time t ₄ until the end of the cyclic switching period of duration T, the decelerated atoms of the beam fly along the propagation axis that part of the space that is designed to “record” the parameters of the beam atoms.

Рассмотренный циклически-импульсный режим работы обеспечивает следующее.The considered cyclic-pulse mode of operation provides the following.

Во-первых, он позволяет предотвратить разогрев медленных атомов (ν≤ν₀) столкновениями с быстрыми атомами (ν>ν₀).Firstly, it helps to prevent the heating of slow atoms (ν≤ν ₀ ) by collisions with fast atoms (ν> ν ₀ ).

Во-вторых, он позволяет разделить по времени быстрые атомы, прошедшие соленоид 12 без торможения, и медленные атомы, охлаждаемые в соленоиде 12 до скоростей (1-10) м/с, и в дальнейшем использовать только медленные атомы.Secondly, it allows time separation of fast atoms that have passed solenoid 12 without braking and slow atoms cooled in solenoid 12 to speeds (1-10) m / s, and in the future use only slow atoms.

В-третьих, он позволяет в несколько раз снизить значение рассеиваемой на соленоиде 12 мощности.Thirdly, it allows several times to reduce the value of power dissipated on the solenoid 12.

В-четвертых, он позволяет исключить возмущающее влияние резонансного оптического излучения и магнитного поля соленоида на последующий процесс измерения резонансной частоты замедленных атомов.Fourth, it makes it possible to exclude the perturbing effect of resonant optical radiation and the magnetic field of the solenoid on the subsequent process of measuring the resonant frequency of decelerated atoms.

Таким образом, в заявляемом зеемановском замедлителе атомного пучка, в отличие от прототипа, охлаждению подвергаются не все атомы, а только те, скорость которых не превышает ν₀ (фиг.3б, в). При выборе ν₀<ν_cp, где ν_cp - средняя, наиболее вероятная, скорость движения атомов теплового пучка на входе соленоида 12, длина соленоида 12 может быть уменьшена в (ν₀/ν_cp)² раз по сравнению с прототипом. Это приводит к уменьшению количества охлаждаемых атомов, например, при ν₀=ν_cp/2 количество охлаждаемых атомов составит 2,65% от общего числа атомов в пучке, а при ν₀=ν_cp/4 количество охлаждаемых атомов составит 0,18% от общего числа атомов в пучке. Указанная потеря числа атомов в метрологическом смысле компенсируется, во-первых, возможностью их глубокого охлаждения до скоростей (1-10) м/с, и соответствующим уменьшением ширины линии атомного резонанса, и во-вторых, высокой степенью изолированности атомного перехода от внешних воздействий.Thus, in the inventive Zeeman atomic beam moderator, unlike the prototype, not all atoms are cooled, but only those whose speed does not exceed ν ₀ (fig.3b, c). When choosing ν ₀ <ν _cp , where ν _cp is the average, most probable, velocity of the heat beam atoms at the input of the solenoid 12, the length of the solenoid 12 can be reduced by (ν ₀ / ν _cp ) ² times in comparison with the prototype. This reduces the amount of cooled atoms, such as ν ₀ = ν _cp / 2 number of cooled atoms will be 2.65% of the total number of atoms in the beam, and at ν ₀ = ν _cp / 4 number of cooled atoms will be 0.18% of the total number of atoms in the beam. The indicated loss in the number of atoms in the metrological sense is compensated, firstly, by the possibility of their deep cooling to speeds (1-10) m / s, and a corresponding decrease in the width of the atomic resonance line, and secondly, by a high degree of isolation of the atomic transition from external influences.

Рассмотренное показывает, что заявляемое изобретение осуществимо и обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в создании зеемановского замедлителя атомного пучка с уменьшенными габаритами и энергопотреблением.The above shows that the claimed invention is feasible and ensures the achievement of a technical result, which consists in creating a Zeeman atomic beam moderator with reduced dimensions and energy consumption.

Так, в практически значимом случае, соответствующем рассмотренному выше двукратному уменьшению скорости (ν₀=ν_ср/2), длина соленоида 12 уменьшается в четыре раза и составляет для пучка атомов рубидия всего 18,75 см.So, in the practically significant case corresponding to the twofold decrease in speed considered above (ν ₀ = ν _sr / 2), the length of the solenoid 12 decreases by four times and amounts to only 18.75 cm for the beam of rubidium atoms.

При этом снижение мощности, рассеиваемой на соленоиде 12, только за счет уменьшения длины соленоида 12 достигает шестнадцати раз, а с учетом циклически-импульсного режима работы - еще большую величину. Так, цикл охлаждения атомов (интервал времени с t₀ до t₃) при конечной скорости атомов 1 м/с и указанной длине соленоида 12 (18,75 см) не превышает 0,2 с. При величине периода цикла, равном одной секунде (Т=1 с), средняя мощность, рассеиваемая на соленоиде 12, дополнительно уменьшается еще в шесть раз. Таким образом, потребляемая соленоидом 12 мощность составляет всего (100-200) Вт, что существенно ниже, чем в прототипе.In this case, the decrease in power dissipated by the solenoid 12, only by reducing the length of the solenoid 12 reaches sixteen times, and taking into account the cyclic-pulse mode of operation is even greater. Thus, the refrigeration cycle atoms (the time interval from t ₀ to t ₃₎ at a final velocity of the atoms of 1 m / s and the length of said solenoid 12 (18.75 cm) does not exceed 0.2. When the cycle period is equal to one second (T = 1 s), the average power dissipated on the solenoid 12 is further reduced by another six times. Thus, the power consumed by the solenoid 12 is only (100-200) W, which is significantly lower than in the prototype.

Источники информацииInformation sources

1. Ф. Риле / Стандарты частоты. Принципы и приложения // М.: Физматлит, 2009, с.166-174.1. F. Riehl / Frequency Standards. Principles and applications // M .: Fizmatlit, 2009, p.166-174.

2. US 6303928, H05H 3/02, опубл. 16.10.2001.2. US 6303928, H05H 3/02, publ. 10/16/2001.

3. Ho Seong Lee, Sang Eon Park, Taeg Yong Kwon, Sung Hoon Yang, Hyuck Cho / Toward a cesium frequency standard based on a continuous slow atomic beam: preliminary results // IEEE Trans. Instrum. Meas., Vol.50, 2001, pp.531-534.3. Ho Seong Lee, Sang Eon Park, Taeg Yong Kwon, Sung Hoon Yang, Hyuck Cho / Toward a cesium frequency standard based on a continuous slow atomic beam: preliminary results // IEEE Trans. Instrum. Meas., Vol. 50, 2001, pp. 531-534.

4. P.N. Melentiev, P.A. Borisov and V.I. Balykin / Zeeman laser cooling of Rb-85 atoms in transverse magnetic field // Journal of experimental and theoretical physics, Vol.98, No.4, 2004, pp.667-677.4. P.N. Melentiev, P.A. Borisov and V.I. Balykin / Zeeman laser cooling of Rb-85 atoms in transverse magnetic field // Journal of experimental and theoretical physics, Vol. 98, No.4, 2004, pp.667-677.

5. US 8049162, H01S 1/00, H01S 3/00, H05H 3/02, опубл. 01.11.2011, Fig.5.5. US 8049162, H01S 1/00, H01S 3/00, H05H 3/02, publ. 11/01/2011, Fig. 5.

6. С.Я. Хмель, Р.Г. Шарафутдинов / Времяпролетные измерения в молекулярном пучке, выделенном из струи конденсирующегося углекислого газа // ЖТФ, т.68, вып.8, 1998, стр.120-124.6. S.Ya. Hops, R.G. Sharafutdinov / Time-of-flight measurements in a molecular beam extracted from a jet of condensing carbon dioxide // ZhTF, vol. 68, issue 8, 1998, pp. 120-124.

7. P.A. Borisov, P.N. Melentiev, S.N. Rudnev, V.I. Balykin / Simple System for Active Frequency Stabilization of a Diode Laser in an External Cavity // Laser Physics, Vol.15, No.11, 2005, pp.1-5.7. P.A. Borisov, P.N. Melentiev, S.N. Rudnev, V.I. Balykin / Simple System for Active Frequency Stabilization of a Diode Laser in an External Cavity // Laser Physics, Vol.15, No.11, 2005, pp. 1-5.

Claims

1. Zeeman atomic beam moderator containing an atomic beam source and an inhomogeneous magnetic field generating unit located along the axis of the atomic beam propagation, as well as a counterpropagating optical radiation source and an acousto-optic modulator, characterized in that between the output of the atomic beam source and the input of the inhomogeneous formation unit the magnetic field is an atomic beam chopper, the control input of which is connected to the first output of the control unit, the second output of which It is connected to the control input of the unit for generating an inhomogeneous magnetic field and to the control input of the oncoming optical radiation source, while the control unit is designed in such a way that the duration of the control pulses T _imp1 and T _imp2 , generated synchronously at the same time and with the same period at the first and second outputs obey the condition T _imp1 <T _imp2 .

2. Zeeman atomic beam moderator according to claim 1, characterized in that the atomic beam chopper comprises an actuating part made in the form of a rotating plate and a control part made in the form of a controlled magnetic transmission drive, the control input of which forms the control input of the atomic beam chopper.

3. The Zeeman atomic beam moderator according to claim 1, characterized in that the counterpropagating optical radiation source comprises a stabilized laser source and a beam chopper connected in series, wherein the control input of the beam chopper forms the control input of the counterpropagating radiation source.