[发明专利]一种移动单个原子位置的系统和方法

说明书

本发明涉及原子操控技术领域，具体涉及一种移动单个原子位置的系统和方法，系统包括激光器，激光器发出的激光依次经声光调制器、双轴扫描振镜、偏振分束棱镜、透镜组、45度全反镜和非球面镜后在真空玻璃气室内聚焦形成尺寸小于2um的腰斑；三维平移台用于微调腰斑位置，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经非球面镜、两个45度全反镜，透镜组、偏振分束棱镜和干涉滤波片后被单光子探测器探测；双轴扫描振镜用于通过调节激光束的偏转角度实现光学偶极阱中单个原子的移动。本发明结构简单，占用空间少，调节方便，可以在200μm的范围内移动原子。

技术领域

本发明涉及原子操控技术领域，具体涉及一种移动单个原子位置的系统和方法。

背景技术

单个原子本身就是一个理想的量子体系，随着原子的微观结构及其属性被人们所认知，激光冷却和磁光阱技术的出现，使微米尺度的光学偶极阱或高精细度光学腔或磁光阱技术等俘获方式，都可以实现单原子长时间地囚禁。在光学腔内俘获单原子的代表性实验包括: 1999年，美国的Kimble 小组在腔内构建远失谐的光学偶极阱俘获单个原子，在腔内的俘获时间为28ms；2000年，该小组在腔内构建的近共振偶极阱,近共振光因其光子散射率大，对原子的辐射加热不可忽略，仅可以俘获单个原子约1ms；2003年，腔内偶极阱的构建使俘获单个原子时长延长为2-3s；2005年，德国的Rermpe小组进一步采用三维腔冷却和原子传送带技术,将单个原子的俘获时间延长到平均17s；到2012年，该小组在对原子进行反馈控制的基础上同时进行了实验参数的优化，将光学腔内俘获到的单原子时长延长到分钟水平。单个原子的控制和测量在超灵敏监测、超低信号分析与微纳尺度的操控与测量方面具有重要的应用前景，作为一个基本的量子系统，在探索和研究基础物理以及量子信息存储、量子通讯、量子计算等诸多方面具有极其重要的意义。早在1968年，苏联的科学家就提出利用激光把原子俘获在光强最强处的建议，但因其阱深较浅，不能从室温背景气体中直接俘获原子；光学偶极阱是利用光与原子的偶极相互作用俘获预冷却的原子，特别是远失谐的光学偶极阱(FORT)；由于俘获光的频率远离原子跃迁线且其散射率极低，因此FORT可以认为是近似的保守势阱。在这种势阱中，原子内态的相干性可以得到较长时间的保持，同时利用光斑的强聚焦和多光束干涉效应可以构建多种构型的光学偶极阱，其阱的尺寸可以做到微米量级，即达到光的衍射极限，这有利于对原子空间局域化，实现外部自由度的控制，更加有利于研究原子的移动，探索原子的移动距离，移动速率等特征。

现有技术中，由于原子的自有特性，单个原子的移动和操控难以真正实现，为了实现单个原子的移动和操控，需要提供一种移动单个原子位置的系统和方法。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种移动单个原子位置的系统和方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：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中形成原子俘获区域，还包括激光器、双轴扫描振镜、声光调制器、偏振分束棱镜、透镜组、三维平移台、干涉滤波片、光子探测器和非球面镜，所述非球面镜设置在真空玻璃气室的侧壁上；两个45度全反镜通过三维调节镜架设置在所述三维平移台上，所述激光器发出的激光依次经声光调制器、双轴扫描振镜、偏振分束棱镜、透镜组、两个45度全反镜和非球面镜后在真空玻璃气室内聚焦形成尺寸小于2μm的腰斑；所述三维平移台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、两个45度全反镜、透镜组、偏振分束棱镜和干涉滤波片后被单光子探测器探测；所述双轴扫描振镜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。

所述非球面镜通过导管与所述三维平移台固定连接，所述三维平移台用于通过所述导管驱动所述非球面镜和两个45度全反镜运动，进而改变腰斑位置使其与与磁光阱系统形成的原子俘获区域重合。