[实用新型]一种微型原子钟的冷铯原子束源结构

说明书

本实用新型公开了一种微型原子钟的冷铯原子束源结构，包括原子气室。原子气室内置一冷铯原子团；原子气室在空间内垂直的方向上分别设置有两对反亥姆霍兹线圈线圈；两对反亥姆霍兹线圈线圈外侧分别平行设置有两组棱镜组件；两组棱镜组件分别与原子气室外的两束入射激光配合，在原子气室内形成相互垂直的两组激光光路；两对反亥姆霍兹线圈线圈、两组棱镜组件、光学玻璃窗与两条入射激光分别配合，在原子气室内形成二维磁光阱，二维磁光阱的数量至少为一个。本实用新型通过真空角阀与铯炉的设计，维持原子气室内铯原子密度，通过扩大原子气室内的冷却区域,延长铯原子受到的冷却时间，从而提升铯原子束的流量，提升对三维磁光阱的原子装载率。

技术领域

本实用新型涉及一种冷原子束源结构，具体涉及一种微型原子钟的冷铯原子束源结构。

背景技术

原子钟的基本原理是将电磁波频率锁定于原子、分子或离子能级间的稳定跃迁频率 ,从而获得高精度的电磁波频率输出。自其研制成功以来，在精确测量、定位导航、高速通

信、电力系统同步等诸多领域，原子钟都是其中的关键设备。原子钟主要是利用原子吸收或释放能量时发出的电磁波来计时的，以目前的铯原子钟为例，通过加热铯炉，使铯泡中的铯金属气化，并将其搬运至蒸汽室内，通过磁场选态及微波场震荡，并通过另一个磁场将那些由于微波场在正确的频率铯原子钟内部结构上而已经改变能量状态的铯原子分离出来，最后通过准直器铯原子束喷出并击打在探测器上，从而完成对铯原子频率的识别。但在这种热原子束的方式下，原子运动速度较快，在原子钟体积一定时稳频谱线线宽难以压窄，频率稳定度难以进一步提高，很难同时达到体积小和频率稳定度高两项要求。

为了解决这一技术问题，提出了冷原子束的解决方案。与传统的热原子束相比,冷原子束具有速度分布窄、发散角小和亮度高等优点，同时，由于采用冷原子束能够方便使用者对相关的物理参数进行人为控制，因此越来越受到人们的欢迎。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种微型原子钟的冷铯原子束源结构，具有通过维持原子气室内铯原子密度，扩大原子气室内的冷却区域, 延长铯原子受到的冷却时间，从而提升铯原子束的流量，提升对三维磁光阱的原子装载率，以及通过阻止铯原子束自发进入三维磁光阱，从而有效避免与三维磁光阱中已俘获原子发生碰撞而引起损耗的技术效果。

本实用新型为实现上述目的所采取的技术方案为：

一种微型原子钟的冷铯原子束源结构，包括原子气室。原子气室为中空腔体，由框体和光学玻璃窗封接而成，内置一冷铯原子团；原子气室在空间内垂直的方向上分别设置有两对反亥姆霍兹线圈，两对反亥姆霍兹线圈分别以原子气室为中心对称设置；两对反亥姆霍兹线圈外侧分别平行设置有两组棱镜组件，两组棱镜组件分别以原子气室为中心对称设置；两组棱镜组件分别与原子气室外部的两束入射激光配合，在原子气室内形成相互垂直的两组激光光路，每组激光光路均由正、反两束激光组成，激光光路在原子气室内均至少穿梭一次；两组激光光路相交于反亥姆霍兹线圈产生的磁场零点处，在原子气室内形成二维磁光阱，二维磁光阱的数量至少为一个；二维磁光阱通过挤压冷铯原子团形成原子束，沿着原子束的方向，在原子气室的一侧设置有原子束出口，原子束出口为通孔，另一侧设置有光学玻璃窗且于原子气室外部设置有一个半导体激光器，半导体激光器产生的激光与原子束出口同轴。

本实用新型主要采用磁光阱的原理。原理大致如下：两对反亥姆霍兹线圈线，任意一对中的每一个，所通过电流大小相同、方向相反，因此能够产生四极型磁阱，且使得磁场的中心强度为零。空间内互相垂直的两束入射激光在棱镜组件的配合下，利用光的折射及反射原理，分别形成两组正、反的激光光路，正向激光与反向激光相互对射，射向磁场零点，进而俘获速度低于一定值的原子，并进而形成原子束。原子束形成后，在半导体激光器所产生激光的作用下，可以将原子束沿着原子束出口推出，从而对三维磁光阱进行装载。

优选地，棱镜组件由一号棱镜部件、二号棱镜部件组成；一号棱镜部件包括一号底座；一号底座上设置有中空通道，中空通道内设置有楔形棱镜，数量为两个，两块楔形棱镜沿着入射激光的方向前后设置。