[发明专利]一种可调频调幅的连续型冷原子束制备装置

说明书

技术领域

本发明属于量子物理领域冷原子束制备装置，特别涉及一种可调频调幅的连续型冷原子束制备装置。

背景技术

冷原子束是利用激光冷却效应产生的速度小、速度分布窄、发散角小的原子束，具有良好的相干性、光谱分辨率、灵敏度等特性。在超高分辨率光谱、量子频标、原子反射、原子衍射、原子干涉、玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）实验、原子光刻、原子钟等领域得到了广泛的应用。

目前，连续型冷原子束的制备系统有两种：

1.3D-MOT，如文献：Z.T.Lu,K.L.Corwin,M.J.Renn,Phys.Rev.Lett.,1996,77:3331-3334所记载；

2.2D⁺-MOT，如文献：Simone Gotz,Bastian Holtkemeier,Christoph S,Reviewof Scientific Instruments,2012,83,073112所记载；

两种系统的区别在于：3D-MOT的磁场是由一对反亥姆霍兹线圈产生的，在三维方向上均存在磁场梯度；2D⁺-MOT的磁场由两对方形线圈产生，在沿原子束出射方向上磁场为0，即在该方向上原子仅受到激光束的散射力。在实验中，3D-MOT得到的原子束的通量通常在10⁹量级，2D⁺-MOT得到的原子束通量可以达到10¹⁰量级，且2D⁺-MOT得到的原子束的发散角比3D-MOT更小。

通常情况下，经MOT得到的原子束的速度和通量是不可调的，即采用的系统方案、激光束光强和失谐量、磁场梯度等参数确定后，原子束的速度和通量是一定的。在文献K.Dieckmann,R.J.C.Spreeuw,M.Weidemuller,Phys.Rev.A.,1998,58:3891-3895所述的冷原子束制备系统结合了2D⁺-MOT和3D-MOT两种结构，即同时加有反亥姆霍兹线圈和方形线圈，采用不同的MOT方式得到的原子束的速度和通量不同；在文献Sung Jong Park,Jiho Noh,Jongchul Mun,Optics Communications,2012,285:3950-3954所述的冷原子束制备系统采用了2D⁺-MOT，其推射光在采用了冷却所用的红失谐光外，还耦合了一束蓝失谐的光，仅红失谐的光作用时得到的冷原子束的最可几速度为20m/s，当蓝失谐光也同时作用时，对原子束纵向加速，通过调节该束光的失谐量和光强，出射的冷原子束的速度可从25m/s变化至45m/s。

上述两种装置虽可实现原子束速度和通量的变化，但系统较复杂，操作也较繁琐，且得到的速度和通量值的变化也不是连续的，因此，一种简单的速度和通量可调的装置在冷原子束的应用中具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于：在制备连续型冷原子束的3D-MOT系统的基础上，提供一种可调频调幅的连续型冷原子束制备装置；简单操作即可实现原子束速度、通量在一定范围内连续可调，即实现了对连续冷原子束的调频调幅，提高冷原子束应用的灵活性。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供的可调频调幅的连续型冷原子束制备装置，其由三个呈三维布置的扩束器及相应1/4波片和反射镜组成的三对冷却激光束、一束再泵浦激光和一对位于真空腔腔壁两端的反亥姆霍兹线圈构成；

所述的三个呈三维布置的扩束器为置于Y轴上的第一扩束器28、置于X轴上的第二扩束器29和置于Z轴上的第三扩束器5；所述第一扩束器28由依次装成一体的第一1/2波片31、第一偏振分光棱镜37、第一1/4波片33和第一平凸透镜38组成；所述第二扩束器29由依次装成一体的第二1/2波片32、第二偏振分光棱镜40、第二1/4波片34和第二平凸透镜39组成；所述第三扩束器5由依次装成一体的第三1/2波片2、第三偏振分光棱镜3、第三1/4波片4和第三平凸透镜6组成；