[发明专利]一种激光冷却与俘获的磁光阱方法及装置

摘要

本发明涉及两个波长的激光对阶梯型能级碱金属原子的激光冷却与俘获，具体为一种利用原子存储波段和光通讯波段的两个波长的激光器对原子进行冷却与俘获的磁光阱方法和装置。包括以下步骤：构建含有透光石英窗口的原子真空气室；构建磁光阱的磁场部分；构建工作于碱金属原子的基态与中间激发态的激光的光路部分；构建工作于碱金属原子的中间激发态与更高激发态的激光的光路部分；构建由电荷耦合器件相机构成的原子荧光的探测部分。本发明所述装置直接从室温热原子真空气室中冷却与俘获原子，可用于对具有原子存储波段与光通讯波段的碱金属原子的激光冷却与俘获；可用于多光子冷却原子的冷却机制及基于四波混频的量子中继器的应用研究。

主权项

一种激光冷却与俘获的磁光阱方法，其特征在于，采用两种不同波长的冷却激光以及反抽运激光，结合反向亥姆霍兹线圈组成磁光阱，待冷却与俘获的原子为碱金属原子；第一冷却激光工作于适合于原子长寿命存储的波段，对应于碱金属原子基态到中间激发态的跃迁；第二冷却激光工作于适合于光纤远距离传输的光学通讯波段，并且对应于碱金属原子中间激发态到更高激发态的跃迁；反抽运激光工作于适合于碱金属原子长寿命存储的波段，对应于碱金属原子基态到中间激发态的跃迁；在以反向亥姆霍兹线圈几何对称中心为原点，轴对称线为z轴所确定的三维坐标内，冷却激光均沿着三个坐标轴传输：第一条轴上，两束第一冷却激光以相向重叠方式汇聚于原点，第二条轴上，两束第一冷却激光以相向重叠方式汇聚于原点，第三条轴上，若干束第一、第二冷却激光以对射组合方式汇聚于原点，所述对射组合方式为一个方向为一束第二冷却激光或者为一束第一冷却激光和一束第二冷却激光重合，另一方向为第一冷却激光或者为第二冷却激光或者为一束第一冷却激光和一束第二冷却激光重合；三条轴分别对应于x、y、z的任意次序的组合；两束反抽运激光沿着三维空间任意角度以相向重叠方式汇聚于原点；反向亥姆霍兹线圈产生四极磁场，磁场零点位于坐标原点，x方向、y方向的磁场梯度大小相等，z方向的磁场梯度大小是x方向的两倍；所述反向亥姆霍兹线圈之间设有内充碱金属原子的真空气室；原子荧光信号的探测由CCD黑白相机（43）、数据采集卡（44）和计算机（45）完成。