[发明专利]一种移动单个原子位置的系统和方法

权利要求书

1.一种移动单个原子位置的系统，包括磁光阱系统，所述磁光阱系统用于在真空玻璃气室（1）中形成原子俘获区域，其特征在于，还包括激光器（13）、双轴扫描振镜（11）、声光调制器（12）、偏振分束棱镜（10）、透镜组、三维平移台（7）、干涉滤波片（14）、单光子探测器（16）和非球面镜（5），所述非球面镜（5）设置在真空玻璃气室（1）的侧壁上；两个45度全反镜（6）通过三维调节镜架设置在所述三维平移台（7）上，所述激光器（13）发出的激光依次经声光调制器（12）、双轴扫描振镜（11）、偏振分束棱镜（10）、透镜组、两个45度全反镜（6）和非球面镜（5）后在真空玻璃气室（1）内聚焦形成尺寸小于2μm的腰斑；所述三维平移台（7）用于调节腰斑的位置，使其与磁光阱系统形成的原子俘获区域重合形成光学偶极阱并装载单个原子；光学偶极阱中的单个原子发出的荧光依次经非球面镜（5）、两个45度全反镜（6）、透镜组、偏振分束棱镜（10）和干涉滤波片（14）后被单光子探测器（16）探测；所述双轴扫描振镜（11）用于通过调节激光的偏转角度实现光学偶极阱中单个原子的移动；所述非球面镜（5）通过导管（17）与所述三维平移台（7）固定连接，所述三维平移台（7）用于通过所述导管（17）驱动所述非球面镜（5）和两个45度全反镜（6）运动，进而改变腰斑位置使其与磁光阱系统形成的原子俘获区域重合。

2.根据权利要求1所述的一种移动单个原子位置的系统，其特征在于，所述导管（17）为中空的金属镜筒，其一端与所述三维平移台（7）固定连接，另一端通过法兰与真空玻璃气室（1）连接，所述非球面镜（5）密封设置在所述导管（17）端部。

3.根据权利要求1所述的一种移动单个原子位置的系统，其特征在于，所述透镜组设置在所述三维平移台（7）上。

4.根据权利要求1所述的一种移动单个原子位置的系统，其特征在于，所述干涉滤波片（14）带宽小于2nm，中心波长等于原子荧光波长。

5.根据权利要求1所述的一种移动单个原子位置的系统，其特征在于，还包括设置在偏振分束棱镜（10）与单光子探测器（16）之间的多模光纤（15），所述多模光纤（15）用于收集荧光后发送给所述单光子探测器（16）；

所述透镜组包括第一透镜（8）和第二透镜（9），所述第一透镜（8）和第二透镜（9）数值孔径为0.29且物距为36mm。

6.一种移动单个原子位置的方法，采用权利要求1所述的一种移动单个原子位置的系统实现，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过磁光阱系统在真空玻璃气室（1）中形成原子俘获区域；

S2、通过三维调节镜架调节45度全反镜（6）的角度和位置，调节激光器（13）输出激光在的真空玻璃气室（1）中形成的腰斑在XY平面内的位置，使腰斑与原子俘获区域初步重合，XY平面是指与光束传播方向垂直的平面；然后通过驱动三维平移台（7），调节激光器（13）输出激光在的真空玻璃气室（1）中形成的腰斑的三维空间位置，使腰斑与原子俘获区域完全重合形成光学偶极阱，并在光学偶极阱中俘获单个原子；

S3、控制扫描振镜（11）的反射角度，实现激光束的偏转，从而实现光学偶极阱中单个原子的移动；将计数器与单光子探测器相连进行计数统计得到单个原子的荧光信号图，根据荧光信号图统计分析得到单个原子在光学偶极阱中的移动距离、移动速率、单个原子荧光光子计数率的统计分布图。