[发明专利]一种应用于超冷镱原子系统产生双色磁光阱的方法

说明书

本发明公开了一种应用于超冷镱原子系统产生双色磁光阱的方法，涉及超冷原子技术领域，本发明产生双色MOT的基本工作原理是：将制备的中空蓝光MOT光束与绿光MOT光束结合起来，形成六束冷却光，然后在MOT主腔内两两对射，构成相互正交的σ⁺‑σ^‑光路，形成光学粘团，原子由此受到三维阻尼力的作用，起到陷俘作用。本发明使用锥透镜制备中空的蓝光MOT，让绿光MOT填充入蓝光MOT中空部分，而未使用时序操控，简化了实现冷却陷俘原子的过程；光路易于搭建，操作灵活；不仅可以冷却Yb原子，还可适用于Er、Dy等能级结构相似的碱土类金属原子，适用较为广泛；与已有的两级转移双色MOT相比，装载速率提高，囚禁原子数增加，可有效的对原子进行冷却。

技术领域

本发明涉及超冷原子技术领域，尤其是涉及一种应用于超冷镱原子系统产生双色磁光阱的方法。

背景技术

1987年，Raab等人首次用磁光阱(MOT)技术来囚禁冷却原子，此技术的发明由于操作过程简便，具有较好的冷却原子效果，成为冷原子领域不可缺少的重要实验技术。典型的磁光阱是由三对相互正交的激光形成的光学粘团，以及一对反亥姆霍兹线圈形成的一种三维陷俘构型。此后，为满足不同的实验要求不同形式的磁光阱不断涌现。近年来，针对超冷镱原子系统中磁光阱的主要构型大致可分为以下两种：一类是日本Kyoto University小组、美国Francesco小组、中国香港科技大学研究组等，采用波长为556nm的绿光MOT对Yb原子进行三重态¹S₀→³P₁冷却跃迁；另一类则是印度科学研究所、中国科学院大学研究组、韩国物理研究所等，采用波长为399nm的蓝光MOT和波长为556nm的绿光MOT相结合的方式对原子分别进行¹S₀→¹P₁和¹S₀→³P₁冷却跃迁。

但是，绿光MOT装载速率远小于蓝光MOT，且易受到塞曼减速器减速光和磁场的干扰；虽然蓝光MOT具有高装载率的优势，但受原子跃迁通道泄漏的限制，囚禁的原子数有限，而采用两级MOT转移的方法，由于转移技术的限制转移率不高势必会损耗较多原子。因此，实有必要提出一种技术手段，一方面可以提高MOT装载速率，另一方面可以增加陷俘的原子数量，达到可观的冷却原子的效果。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种应用于超冷镱原子系统产生双色磁光阱的方法，基于镱原子两级冷却跃迁，通过将使用中空蓝MOT结合绿MOT构成双色MOT，避免了转移过程中原子的损耗，以实现原子的高装载率、高原子数、低冷却温度的目的。

为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：

一种应用于超冷镱原子系统产生双色磁光阱的方法，包括以下步骤：

步骤S1：在一层光路平台制备中空的蓝光MOT；

步骤S2：在一层光路平台利用声光调制器将光移频115MHZ，用+1级衍射光制备绿光MOT光束；

步骤S3：在一层光路平台使用偏振分光棱镜将已经制备好的中空的蓝光MOT和绿光MOT分别分为三束MOT光束，再利用分色镜分别进行合束；

步骤S4：在二层光路平台将合束后的光经过MOT主腔前的四分之一波片，将线偏振光变为圆偏振光；当光束出射MOT主腔后再次经过四分之一波片，并经过0°第四反射镜，从而在MOT主腔内X、Y、Z方向形成三对互相垂直的圆偏振的冷却激光束；

步骤S5：原子经过高温原子炉被加热，通过一个毛细管式喷嘴后以喷流束形式离开，经过自旋翻转的塞曼减速器被减速，并进入MOT主腔；