[發(fā)明專利]冷卻原子的柱形腔裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210343845.1
• 申請日: 2012-09-18
• 公開（公告）號: CN102868400A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孟艷玲;成華東;鄭本昌;肖玲;劉亮
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所
• 主分類號: H03L7/26
• 分類號: H03L7/26
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及頻標(biāo)的原子冷卻裝置，特別是一種用于原子冷卻的冷卻原子的柱形腔裝置，該裝置的冷原子在軸向分布均勻且密度大。

背景技術(shù)

頻標(biāo)系統(tǒng)中傳統(tǒng)的積分球技術(shù)冷卻原子，通常為在石英所制球形腔外壁噴涂漫反射涂料，根據(jù)實際情況通過三通或四通等過渡器件與真空系統(tǒng)和原子源相連接好后，開啟真空泵，先將系統(tǒng)抽到高真空，然后釋放原子源，此時真空系統(tǒng)內(nèi)充滿原子并在真空泵的維持下處于高真空環(huán)境。冷卻光與抽運光分成幾束通過球形腔開孔注入腔內(nèi)。將冷卻光與抽運光開啟一段時間后同時關(guān)閉，即可在積分球內(nèi)探測到冷原子。

傳統(tǒng)的石英結(jié)構(gòu)的積分球產(chǎn)生冷原子具有簡單易調(diào)節(jié)體積小的特點，但從現(xiàn)象來看，球形腔內(nèi)產(chǎn)生的冷原子在豎直方向密度小，且球心上的冷原子密度小于其它地方冷原子密度，在軸線上冷原子密度分布不均勻，不利于冷原子鐘等工作，且石英結(jié)構(gòu)比較脆弱，不適合惡劣環(huán)境使用，抗震能力差，可靠性低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種冷卻原子的柱形腔裝置，該柱形腔冷卻裝置具有傳統(tǒng)積分球冷卻簡單、易調(diào)節(jié)、體積小的優(yōu)點，又有在豎直方向冷原子密度大且分布均勻、穩(wěn)定性好和可靠性高的特點。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種冷卻原子的柱形腔裝置，特點在于其構(gòu)成包括一個密封的圓筒形腔，在該圓筒形腔的底面中央具有一個通孔，該圓筒形腔經(jīng)該通孔向外固定一個連接管，在所述的通孔的四周中心對稱地設(shè)有四個通光窗口，每個窗口都供冷卻光和抽運光光束輸入，所述的連接管通過一個三通或四通等過渡器件分別與真空系統(tǒng)和原子源連接。

所述的圓筒形腔由石英制成，在外壁噴涂漫反射率大于98%的漫反射涂料，靠冷卻光在圓筒形腔內(nèi)形成的漫反射光場冷卻原子，此種方案易于實現(xiàn)，成本低，適合于實驗。

所述的圓筒形腔由金屬制成，內(nèi)壁拋光成鏡面，依靠鏡面內(nèi)壁形成的反射光場冷卻原子，且金屬腔同時能兼具微波腔的作用利于冷原子鐘等工作的集成化，此種方案有利于提高裝置的抗震性與可靠性，適合于實際應(yīng)用。

所述的連接管的內(nèi)徑為5～20mm，連接管內(nèi)徑過小不利于原子源的擴散，內(nèi)徑過大則引起的光損耗過多，不利于冷原子產(chǎn)生。

所述的四個通光窗口的中心與所述的圓筒形腔的中心之間的距離為所述的圓筒形腔半徑的0.2～0.8倍；所述的四個通光窗口的直徑為2～5mm，在滿足探測光和冷卻光注入的條件下盡可能小。

所述的四個冷卻光與抽運光光束的光功率的偏差小于10%，可以通過多模光纖或直接注入等方法注入到腔內(nèi)，方式靈活。

本發(fā)明的特點和技術(shù)效果如下：

圓筒形腔代替?zhèn)鹘y(tǒng)的球形腔，使冷卻光在腔內(nèi)的光場分布不同，從而改變了冷原子在腔內(nèi)的密度分布，提高了原子在圓筒形腔的軸線上的密度及均勻性；

本發(fā)明金屬腔方案，提高了裝置的抗震性，可靠性有了保證。

附圖說明

圖1是本發(fā)明冷卻原子的柱形腔裝置的前視圖。

圖2是本發(fā)明圓筒形腔的仰視圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實例和附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。

先請參閱圖1、2。圖1是本發(fā)明冷卻原子的柱形腔裝置的前視圖。圖2是圓筒形腔的下視圖。其中1為圓筒形腔，2為連接管，31、32、33、34為在圓筒形腔上開的通光窗口，41、42、43、44為冷卻光與抽運光光束。由圖可見，本發(fā)明冷卻原子的柱形腔裝置，構(gòu)成包括一個密封的圓筒形腔1，在該圓筒形腔的底面中央具有一個通孔，該圓筒形腔經(jīng)該通孔向外固定一個連接管2，在所述的通孔的四周中心對稱地設(shè)有四個通光窗口31，32，33，34，每個窗口都供冷卻光和抽運光光束41，42，43，44輸入，所述的連接管2通過一個三通或四通等過渡器件分別與真空系統(tǒng)和原子源連接（圖中未示）。

所述的圓筒形腔1由石英制成，在外壁噴涂漫反射率大于98%的漫反射涂料，靠冷卻光在圓筒形腔1內(nèi)形成的漫反射光場冷卻原子，此種方案易于實現(xiàn)，成本低，適合于實驗。

所述的圓筒形腔1由金屬制成，內(nèi)壁拋光成鏡面，依靠鏡面內(nèi)壁形成的反射光場冷卻原子，且金屬腔同時能兼具微波腔的作用利于冷原子鐘等工作的集成化，此種方案有利于提高裝置的抗震性與可靠性，適合于實際應(yīng)用。

所述的連接管2其內(nèi)徑為5～20mm，連接管內(nèi)徑過小不利于原子源的擴散，內(nèi)徑過大則引起的光損耗過多，不利于冷原子產(chǎn)生。