[发明专利]基于速度选择技术操控原子布居转移的装置及方法

权利要求书

1.一种基于速度选择技术操控原子布居转移的装置,其特征在于，包括飞秒光学频率梳（1）、顺次位于飞秒光学频率梳（1）出射光路上的激光隔离器（2）、第三全反射镜（3）和第四全反射镜（4），第四全反射镜（4）的反射光路上顺次设有滤光片（10）、凸透镜（11）以及内充碱金属原子蒸气的原子蒸汽泡（13）；经凸透镜（11）聚焦后的激光在穿过原子蒸汽泡（13）后的光路上设有吸光片（14）；还包括半导体激光器（6）、顺次位于半导体激光器（6）出射光路上的第一全反射镜（7）、第一四分之一波片（8）和第一偏振分束棱镜（9）；第一偏振分束棱镜（9）的透射光路上设有第二全反射镜（5）；所述第二全反射镜（5）的反射光路穿过原子蒸汽泡（13）且在穿过原子蒸汽泡（13）后的光路上设有第五全反射镜（15），第五全反射镜（15）的反射光路上顺次设有第二四分之一波片（16）和第二偏振分束棱镜（17），第二偏振分束棱镜（17）的透射光路上设有光电探测器（18）；光电探测器（18）的信号输出端连接有示波器（20）；所述第二全反射镜（5）的反射光路与经凸透镜（11）汇聚后的激光在原子蒸汽泡（13）内尽可能多的重合。

2.如权利要求1所述的基于速度选择技术操控原子布居转移的装置,其特征在于，还包括一个其上开有入射端口和出射端口的磁屏蔽罩（12）；所述原子蒸汽泡（13）置于磁屏蔽罩（12）内；所述飞秒光学频率梳（1）出射的激光在经过第三全反射镜（3）和第四全反射镜（4）准直以及滤光片（10）与凸透镜（11）聚焦后由入射端口进入磁屏蔽罩（12）且穿过原子蒸汽泡（13），之后由磁屏蔽罩（12）的出射端口出射并被吸光片（14）吸收；所述半导体激光器（6）出射的连续激光经第一全反射镜（7）反射后穿过第一四分之一波片（8）、第一偏振分束棱镜（9）并由第二全反射镜（5）反射经入射端口进入磁屏蔽罩（12）且穿过原子蒸汽泡（13）并由磁屏蔽罩（12）的出射端口出射。

3.如权利要求2所述的基于速度选择技术操控原子布居转移的装置,其特征在于，还包括一个腔体（21）；所述半导体激光器（6）、第一全反射镜（7）、第一四分之一波片（8）、第一偏振分束棱镜（9）、第二全反射镜（5）、磁屏蔽罩（12）、原子蒸汽泡（13）、第五全反射镜（15）、光电探测器（18）、示波器（20）、飞秒光学频率梳（1）、激光隔离器（2）、第三全反射镜（3）、第四全反射镜（4）、滤光片（10）、凸透镜（11）、吸光片（14）均设于腔体（21）内；光电探测器（18）的信号输出端通过BNC线（19）与示波器（20）连接。

4.如权利要求2或3所述的基于速度选择技术操控原子布居转移的装置,其特征在于，所述第一全反射镜（7）、第二全反射镜（5）、第三全反射镜（3）、第四全反射镜(4)、第五全反射镜(15)均为宽带介质膜全反射镜；滤光片(10)为带宽20nm的宽带滤光片；所述第一偏振分束棱镜(9)与第二偏振分束棱镜(17)的通光带宽为300-900nm；所述第一四分之一波片(8)与第二四分之一波片(16)通光带宽为300-900nm；所述凸透镜(11)采用直径为50mm、焦距为1m、带宽为350-900 nm的凸透镜；所述飞秒光学频率梳(1)的重复频率为250MHz, 输出的宽带光谱为300-1000nm。

5.一种基于速度选择技术操控原子布居转移的方法，采用如权利要求2~4任一项所述的装置，其特征在于，包括如下步骤：半导体激光器（6）输出的连续激光被第一全反射镜（7）反射后透过第一四分之一波片（8）入射到第一偏振分束棱镜（9），经第一偏振分束棱镜（9）透射的激光经第二全反射镜（5）反射后穿过原子蒸汽泡（13），穿过原子蒸汽泡（13）的激光经第五全反射镜（15）反射后穿过第二四分之一波片（16）与第二偏振分束棱镜（17）后被光电探测器（18）探测，探测到的光信号转换成为相应的电信号后输入到示波器（20）；飞秒光学频率梳（1）输出的高稳定性宽带飞秒激光穿过激光隔离器（2）后由第三全反射镜（3）与第四全反射镜（4）准直后穿过滤光片（10），经由凸透镜（11）汇聚后穿过原子蒸汽泡（13）并入射到吸光片（14）上；工作中，通过第一全反射镜（7）、第二全反射镜（5）结合第三全反射镜（3）与第四全反射镜（4）使得飞秒光学频率梳（1）输出的宽带激光与半导体激光器（6）输出的连续激光尽可能多的重合，滤光片（10）从高稳定性宽带飞秒激光中选择出所需要频率的激光，通过更换滤光片（10）即可以选择出对应于碱金属原子不同能级的激光；扫描半导体激光器（6）出射的激光的频率并且保持飞秒光学频率梳（1）的频率不变，通过滤光片（10）从高稳定性宽带飞秒激光中初步选择出碱金属原子相应原子能级所需要的激光频率，然后通过调节飞秒光学频率梳（1）的偏置频率与重复频率就可以精确操控碱金属原子在相应能级上的布居数分布；通过示波器（20）获得的原子速度选择光谱即展示了对原子在其精细能级上布居数的操控。