[实用新型]原子束全息干涉装置

说明书

技术领域：

本实用新型是属于一种原子束全息干涉装置。透用测量任何可引起干涉位相变化的作用量，如电磁场、重力场等，可测量原子的净电荷、玻色子的转动相移、地球的转动速度、重力加速度的绝对值等，以及应用于导航、测绘、地质结构等的测量方面。

背景技术：

近年来，原子光学已成为一门新的学科，原子的反射、聚焦、成像、衍射、干涉已经在许多实验中获得成功。特别是原子束全息干涉装置的研究，获得了人们普遍的关注。按照德布罗意(De Broglie)原理，原子的波长取决于它的速度，与质量成反比。原子质量比电子和中子大得多，因此原子的德布罗意波长比中子和电子要小得多，这将大大提高测试精度。

众所周知，电子和中子干涉仪早已实现。而原子由于不带电荷，不受电磁场控制；又不能象中子那样穿透固体，不能采用晶格衍射的方法分束实现干涉，因而，原子束干涉仪的发展始终落后于电子束和中子束干涉仪。

令人欣慰的是，近年来原子冷却减速技术以及原子衍射栅制造技术的发展，为研制原子束干涉仪提供了技术基础。1991年美国麻省理工学院的一个研究小组(参见在先技术：D.W.Keith，C.R.Ekstrom.Q.A.Turchette and D.E.Pritchard，PhysRev.Lett.，1991，66：2693)，用三块透射栅板首次建成了Na原子干涉仪。如图1所示，原子束源1发射的物质波经第一栅板2后，其零级波P₀和一级衍射波P₁被分开，再经第二栅板3衍射后，零级波P₀的一级衍射波P₂，和一级波P₁的负一级衍射波P₃在第三块衍射栅板4处相遇(类似于早期中子干涉仪结构)，形成干涉条纹，第三块栅板4的作用是作为干涉条纹的取样器。如图1所示。然而，该干涉装置经两次衍射以后效率很低，又结构复杂，调整困难，一般实验室难以实现。

另外一些原子束干涉仪如：受激拉曼跃迁原子束干涉仪(参见在先技术：M.Kasevich and S.Chu.Appl.Phys.，1992，B54：321)，拉姆塞(Ramsey)条纹干涉仪(参见在先技术：Ch.J.Brode.Phys.Lett.，1989，140：10)，还处于原理验证阶段。

发明内容：

本实用新型是为克服上述在先技术中所存在的不足，提供一种按照物质波衍射原理，采用一块波带片实现原子束的分束和重叠，产生干涉的原子束全息干涉装置。其不仅结构简单，而且将提高干涉效率。

本实用新型的原子束全息干涉装置，包括：在外壳8内的真空腔9里，置有原子束源1，有接收面对着原子束源1发射原子束前进方向的接收器7。在原子束源1与接收器7之间置有波带片5，在波带片5的一级衍射的焦点O处置有针孔光阑6，在焦点O垂直于原子束前进方向上的平面上，针孔光阑6的旁边置放待测物品10。接收器7的输出连接到计算机11上。如图2所示。

所说的波带片5对原子束具有聚焦和成像作用。(这已被实践证明)波带片上的波带环为金结构的。金结构的波带环阻隔原子束通过，使原子束仅从两金结构波带环之间的空带环通过。为此，波带环金结构的厚度等于或大于0.5μm。

所说的针孔光阑6上的针孔孔径小于或等于0.2mm，其针孔光阑6的作用是滤去原子束经过波带片5后的其它衍射波，使通过针孔光阑6针孔的仅为一级衍射波。

本实用新型干涉装置如上述的结构包括：原子束源1、波带片5、置于波带片5焦点处的针孔光阑6、接收器7、外壳8、真空腔9、待测物品10放在光阑6旁边的焦平面上。如图2所示。

原子束源1发射的近平行原子束照明一波带片5，在波带片5一级衍射焦点O处放置一小尺寸(直径为0.1毫米)的针孔光阑6，从针孔光阑6透射出的原子束作为参考束Gc，而从波带片5透射过来的平行束(零级波P₀)作为物束Gw，将待测物品10置于物束Gw与针孔光阑6在同一水平面的位置上，在两原子束Gc与Gw相遇处，可获得干涉条纹。干涉条纹间距取决于参考束Ge与物束Gw间的夹角以及原子的德布罗意波长。干涉信息被接收器7接收并转送到计算机上，计算机再对其干涉全息图进行重构再现。

与在先技术相比：