[实用新型]一种用于相干布居数囚禁冷原子钟的玻璃气室磁光阱系统

说明书

本实用新型公开了一种用于相干布居数囚禁冷原子钟的玻璃气室磁光阱系统，其特征在于，包括真空腔(1)、反亥姆霍兹线圈(2)和光学元件(3)，所述真空腔(1)为玻璃腔体，整体为长方体结构或部分为长方体结构；所述反亥姆霍兹线圈(2)包括两个线圈，分别设置在真空腔(1)长方体结构的第一侧面(M1)和第三侧面(M3)，所述光学元件(3)共有三组，每组光学元件(3)包括一个准直扩束镜(31)和一个反射镜(32)，每组光学元件(3)中，准直扩束镜(31)和反射镜(32)分别位于真空腔(1)的两侧。本实用新型公开的用于相干布居数囚禁冷原子钟的玻璃气室磁光阱系统，具有结构简单、体积小、光路灵活、适用范围广等诸多优点。

技术领域

本实用新型涉及一种磁光阱系统，尤其涉及一种用于相干布居数囚禁冷原子钟的玻璃气室磁光阱系统，属于量子精密测量领域。

背景技术

1976年Alzetta,Gozzini,Moi和Orriols在Na原子光抽运试验中首先观察到了相干布居数囚禁(简称CPT)现象。近年来，基于CPT原理的原子钟在中长期稳定度和小型化方面展现了优势。基于相干布居数囚禁(Coherent Population Trapping，CPT)原理构建的原子钟在小型化原子钟研究领域具有重要意义。

CPT的基本原理是当具有一定频率差的双色光场与碱金属中性原子发生相互作用时，如果频率差恰好等于中性原子基态超精细能级之间的频率差的边带，原子则不再吸收光子，形成CPT共振，表现为光场透射光强的增强，再利用光电探测器就可探测到CPT谐振信号。

由于CPT谐振信号极为敏感地依赖于双色光场之间的频率差，用作本地振荡器的纠偏信号，锁定本地振荡器后可实现CPT原子钟。在传统微波频段原子钟中，需要一定尺寸的微波谐振腔使得微波信号和原子发生谐振，而在CPT原子钟中，由于双色光场中已经包含了频率差为微波频段(一般为6.835GHz或者9.192GHz)的光边带，所以基于CPT原理所构建的原子钟的体积不再受到微波谐振腔尺寸的限制，从而实现小型化原子钟的研制。

目前普遍研制的CPT原子钟中，核心物理部件是充入了缓冲气体的中性热原子气室。原子气室中缓冲气体的作用是减轻中性原子与气室壁的碰撞，尽量减小气室壁带来的弛豫，然而在这种情况下不可避免地会引入缓冲气体与中性原子之间的碰撞频移，使得原子相干时间较短，从而导致基于热原子气室的CPT原子钟的中长期频率稳定度不够理想。若利用激光冷却俘陷原子代替热原子气室，可以有效地规避缓冲气体带来的碰撞弛豫，极大提高原子与CPT光场作用的相干时间。更进一步地，当将Ramsey分离震荡场技术和CPT原子钟相结合时，由于冷原子具有更长的自由演化时间，可以有效降低制约原子钟中长期频率稳定度的重要因素：光频移。

随着激光冷却与囚禁原子技术的日趋成熟，磁光阱系统得到快速发展，三维磁光阱可以将碱金属中性原子囚禁在真空腔室的中心，为实现CPT冷原子钟提供了技术支持。磁光阱中光阱一般由六束冷却光束和一束再泵浦光束组成，由于需要对激光系统进行稳频和移频，激光源通常由外腔半导体激光器和激光放大器提供，磁阱由一对反亥姆霍兹磁场线圈提供中心为零的梯度磁场，一般为抵消地磁场影响，还会增加三对亥姆霍兹线圈作为地磁场补偿线圈。

国际和国内现有用于原子钟的磁光阱系统，一般是应用于冷原子喷泉钟，普遍采用的是体积较大的金属真空腔原子气室，且需要开设多个窗口，增加了磁光阱系统结构的复杂性，冷却光束和再泵浦光束均通过固定的窗口引入，通常光路一旦确定很难再进行调整和优化。

由于上述原因，亟待研究一种结构简单、体积小、光路灵活的相干布居数囚禁冷原子钟磁光阱系统。

实用新型内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，提供一种相干布居数囚禁冷原子钟的玻璃气室磁光阱系统，解决相干布居数囚禁冷原子钟小型化和光路灵活不能兼顾的问题，该磁光阱系统结构简单，体积小巧，光路灵活，可实现小型化。

具体地，所述相干布居数囚禁冷原子钟的玻璃气室磁光阱系统包括真空腔1、反亥姆霍兹线圈2和光学元件3，