[发明专利]冷原子团的非绝热转移装置及其转移方法

说明书

技术领域

本发明涉及冷原子团，特别是一种冷原子团的非绝热转移装置及其转移方法。

背景技术

冷原子团的转移对于原子物理实验是一项重要技术，它使冷原子的应用和制备在空间分离。进行冷原子团转移时需要注意以下两点：（1）避免转移持续时间过长。例如，在使用磁阱进行转移时，通常磁阱都是由线圈或芯片导线中的电流产生，时间过长系统就会受到电流产生的热能影响，且在电流要求较大的情况下，将会损伤电子器件。（2）避免对冷原子团质心运动模式的激发。该激发表现为冷原子团的质心振荡，振荡的幅度与转移阱的速度构型的傅立叶变换有关（详见文献1 Dongyuan Chen,Haichao Zhang,Xinping Xu,Tang Li,and Yuzhu Wang,Appl.Phys.Lett.96,134103(2010)）。

国际上已经有很多关于冷原子团转移的报道：

（1）美国E.A.Cornell小组用磁四极阱作为转移势阱，先将激光冷却了的原子装载进磁四极阱，然后机械地移动产生该磁阱的反向亥姆霍兹线圈，实现了冷原子团的转移（参见文献2 H.Lewandowski,D.Harber,D Whitaker,and E.Cornell,Simplified system for creating a Bose-Einstein condensate,J.Low Temp.Phys.,2003,132,309-367）。因为是机械控制线圈移动，这种转移方案耗时长，且会产生机械抖动，带来冷原子团质心运动模式的激发。

（2）德国的小组也是用反向亥姆霍兹线圈产生的磁四极阱作为转移势阱，他们在转移的初始位置到目标位置之间布满线圈对，转移冷原子团时依次给各组线圈对通上电流产生磁阱，冷原子团在磁阱间不停转移，直到目标位置（参见文献3M.Greiner,I.Bloch,T.W.and T Esslinger,Magnetic transport of trapped cold atoms over a large distance,Phys.Rev.A,2001,63(3),031401）。这种方法需要使用大量线圈，装置复杂，且耗时也长。

与上述耗时长的绝热转移相比，本发明提出的非绝热转移冷原子团的装置及其方法，可以快速转移冷原子团，且通过调制势阱速度避免了对冷原子团质心运动模式的激发，操作简单。

发明内容

本发明为了解决冷原子团绝热转移耗时过长的缺点，同时避免快速非绝热转移对冷原子团质心运动模式的激发，提供一种冷原子团的非绝热转移装置及其转移方法，该装置和方法具有冷原子团转移速度既快，又避免了原子团质心运动模式的激发的特点。

本发明技术解决方案如下：

一种冷原子团的非绝热转移装置，特征在于其构成包括一个带有原子源的真空腔体、由两个反向亥姆霍兹线圈组成的MOT线圈对、两个反向亥姆霍兹线圈组成的转移线圈对、由两个线圈构成的偏置磁场线圈组、真空泵系统、光学系统、线圈电流控制系统和CCD探测系统：

所述的真空腔体由方形长筒状的石英玻璃池和一段圆筒形玻璃管一体构成，该圆柱形玻璃管的下端连接十芯电极，为系统提供原子源的铷棒固定在所述的十芯电极的两个接线柱上，该十芯电极与T型三通真空管的上端口相连，该三通真空管下端口连接一个法兰，该三通真空管横向端口相连真空泵系统；

所述的MOT线圈对为圆形线圈，对称地固定在所述的真空腔体的方形长筒状的石英玻璃池的前后方，所述的MOT线圈对的轴线与所述的方形长筒状的石英玻璃池的中轴线垂直，所述的转移线圈对为圆形线圈，对称地固定在所述的真空腔体方形长筒状的石英玻璃池的前后方并位于所述的MOT线圈对的内侧偏下，所述的偏置磁场线圈组是一对方形线圈，固定在所述的真空腔体的方形长筒状的石英玻璃池的前后方，所述的偏置磁场线圈组的轴线与所述的MOT线圈对的轴线正交；