[发明专利]一种光学冷原子陷俘装置

说明书

本发明属于原子光学技术，涉及一种光学冷原子陷俘装置。本发明光学冷原子陷俘装置包括光源(1)、探测器(2)、基座(3)和设置在基座(3)上的冷却光路元件(4)、真空腔(5)和线圈(6)。其中，所述光源(1)包含两台激光器，设置在基座(3)侧面；所述探测器(2)包含两台光电探测器，设置在基座(3)侧面；所述基座(3)为微晶玻璃材质的高精度光学平台；所述冷却光路元件(4)为微晶玻璃材质或石英玻璃材质制成，并与同为微晶玻璃材质的真空腔(5)低温键合在基座(3)上；所述线圈(6)为反亥姆霍兹线圈，对称设置在真空腔(5)两侧。本发明提供一种主体完全由零膨胀玻璃组成的光学冷原子陷俘装置，大幅度提高磁光阱的稳定性和环境适应性，满足冷原子惯性器件的工程使用需求。

技术领域

本发明属于原子光学技术，涉及一种光学冷原子陷俘装置。

背景技术

磁光囚禁技术是冷原子技术发展过程中的里程碑技术，基于磁光囚禁技术的磁光阱是一种建立在多普勒冷却机制和偏振梯度冷却机制上对原子进行激光冷却与陷俘的装置，同时可以实现原子团的压缩、移动和定向发射。磁光阱是冷原子惯性器件的核心器件之一，磁光阱的捕获率决定了参与工作的原子数量，并直接影响冷原子惯性器件的信噪比，磁光阱的装载速度直接影响系统带宽。

组成磁光阱光路的精密光学元件极易受到外部环境变化如温度变化、环境气流变化的影响，从而导致光束质量下降和光束指向偏移并最终影响冷却原子团的性能。特别是目前磁光阱光路光学元件多采用机械支架和机械固定，环境温度变化导致的指向漂移很严重。即使使用光纤光束器件在一定程度上避免了指向漂移的问题，但光纤插入损耗、热效应等导致的光束质量下降和光强损失问题仍然难以解决，而且实现上述功能的光纤器件结构复杂，难以进行小型化。而且，无论上述那种方案都难以克服环境振动问题。这也是困扰冷原子惯性器件工程化应用的主要瓶颈问题。

发明内容

本发明的目的：提供一种主体完全由零膨胀玻璃组成的光学冷原子陷俘装置，大幅度提高磁光阱的稳定性和环境适应性，满足冷原子惯性器件的工程使用需求。

本发明的技术方案：一种光学冷原子陷俘装置，包括光源1、探测器2、基座3和设置在基座3上的冷却光路元件4、真空腔5和线圈6，所述光源1包含两台激光器，设置在基座3侧面；所述探测器2包含两台光电探测器，设置在基座3侧面；所述基座3为微晶玻璃材质的高精度光学平台；所述冷却光路元件4为微晶玻璃材质或石英玻璃材质制成，并与同为微晶玻璃材质的真空腔5低温键合在基座3上；所述线圈6为反亥姆霍兹线圈，对称设置在真空腔5两侧。

所述冷却光路元件4包含第一反射镜7、第二反射镜8、第一透镜9、第二透镜10、第一分束器11、第二分束器12、第三分束器13、偏振分束器14、光束提升器15、1/4波片16、第一逆反射器17、第二逆反射器18和气室19。其中，所述第一反射镜7、第二反射镜8、第一透镜9、第二透镜10、第一分束器11、第二分束器12、第三分束器13、光束提升器15、第一逆反射器17和第二逆反射器18为微晶玻璃材质，所述1/4波片16、偏振分束器14为石英玻璃材质。

所述第二反射镜8为三棱锥结构，通光面与固定面成60°角。

所述第一透镜9和第二透镜10焦点重合，组成光束放大器，放大倍率2～10倍。

所述第一分束器11将1％～10％的光束分出用于激光器稳频。

所述第二分束器12分束比1:2；所述第三分束器13分束比1:1；第二分束器12与第三分束器13一起将光束三等分。

所述光束提升器15由支架24与设置在其上的2个第一反射镜7组成，用于将入射光束提升并转向。

所述第一逆反射器17由支架24与设置在其上的第一反射镜7和1/4波片16组成，用于将入射光束沿原路逆反射并改变其偏振方向。