[發明專利]一種原子束二維冷卻光學棱鏡架

有效

• 申請號: 201210530090.6
• 申請日: 2012-12-10
• 公開（公告）號: CN103116212A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 馬艷;張萬經
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G02B7/182
• 分類號: G02B7/182;G02B7/18;G03F7/20
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 吳林松

技術領域

本發明屬于原子光刻技術領域，涉及一種光學棱鏡架，可實現對原子束的橫向二維冷卻準直。

背景技術

在原子光刻領域中，二維原子光刻的實現需要對原子束進行二維冷卻準直，使用二維激光冷卻技術可實現原子束的二維冷卻準直，激光冷卻技術利用了輻射場與物質相互作用的動力學效應，具有壓縮發散角，不減少原子束通量的優點。

目前，二維激光冷卻技術的實現主要有以下兩種背景技術：一是在真空室的水平方向和豎直方向上分別開窗口，從外部引入兩對互相垂直的冷卻激光束；二是在真空室內加入圓錐形棱鏡，激光束在圓錐面上反射，形成多角度的冷卻激光束。第一種方法的缺點在于需要對原有的實驗裝置作較大改動，增加了開銷；第二種方法的缺點在于激光的入射方向與原子束方向相同，不利于原子光刻后續的沉積實驗，并且圓錐棱鏡制備的技術難度大。

發明內容

針對背景技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種原子束二維冷卻光學棱鏡架，不僅能實現原子光刻中對原子束的二維冷卻準直，而且能為二維原子光刻提供一種實現手段。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種二維冷卻光學棱鏡架，包括：五棱鏡，第一反射鏡，第二反射鏡，第三反射鏡，所述三個反射鏡分別粘合在五棱鏡上且反射面延伸出同側棱鏡外，粘合面為五棱鏡使用中光線反射的兩個面，以及光線透射的兩個面中任意一個面。

進一步，所述五棱鏡的中部開設有圓孔以便完全通過原子束，圓孔的大小可根據具體情況留有適當余量。

所述五棱鏡與三個反射鏡之間是以紫外膠粘合，粘合面為三級拋光；和/或，所述五棱鏡與三個反射鏡之間使用真空熱膠合并在邊緣使用紫外膠固定，粘合面為三級拋光。

所述五棱鏡的角度公差在10秒以內以保證激光冷卻時光束夾角可調至小于1mrad。

所述三個反射鏡鍍高反膜，反射率大于97%。

所述三個反射鏡的尺寸相同，其寬度大于五棱鏡的寬度，保證冷卻光完全在空氣介質中傳播，并完全被反射鏡反射，形成二維光學黏團；所述五棱鏡的寬度指五棱鏡兩個平行側面的距離。

所述三個反射鏡的寬度與五棱鏡的寬度的差值為30mm以上。

所述反射面延伸出同側棱鏡外30mm，和/或，所述圓孔的直徑為12mm；和/或，所述五棱鏡以及三個反射鏡的材料均為石英。

設五棱鏡的寬度為c圓孔的中心與第三粘合面的距離為c/2，其投影位于第三粘合面的中心；和/或，

第一粘合面與第三粘合面的夾角為112.5度±5秒，第二粘合面與第一粘合面的夾角為45度±5秒，五棱鏡的所有角度公差在10秒以內；反射鏡尺寸e比五棱鏡尺寸d大30mm±0.1mm，和/或，反射鏡與五棱鏡相交的相粘合的部分所在的平面鍍高反膜；和/或，所述三個粘合面均為三級拋光。

本發明采用五棱鏡作為架構，大大地方便了角度和面型的檢測，很好的保證了實驗的精度。另外，采用三個反射鏡直接膠合于棱鏡上，且反射面延伸出棱鏡外，使得冷卻準直激光束經過3個反射鏡反射后，最終沿入射光路徑反方向出射，并在反射鏡之間的自由空間中形成互相垂直的對射光束。根據公知的原理，兩對垂直光束即為二維光學黏團，原子束經過黏團時，由于受到輻射壓力作用，橫向速度減小，發散角被壓縮，實現二維冷卻準直。因此本發明提供的裝置可直接在一維準直實驗的裝置基礎上實現二維準直。

本發明的有益效果包括：1.能實現原子束的二維冷卻準直，為二維原子光刻提供了高準直性的原子源；2.保證了與現有實驗裝置的兼容性和高度的集成性，無需對真空室進行改造，節約了成本；3.具有擴展性，可為二維原子光刻提供一種實現手段。

附圖說明

圖1a為本發明實施例原子束二維冷卻光學棱鏡架的立體結構示意圖。

圖1b為圖1所示實施例的前視圖。

圖1c為為圖1所示實施例的左視圖。

圖中1.反射鏡，2.反射鏡，3.反射鏡，4.五棱鏡，I.第一反射鏡膠合面，II.第二反射鏡膠合面，III.第三反射鏡膠合面。

圖2a、2b為本發明應用時，二維冷卻對原子束的準直結果：CCD相機拍攝到的熒光圖，其中，圖2a為冷卻后的熒光圖像，圖2b為未冷卻時的熒光圖像。

圖3a、3b為熒光圖像x方向上的強度輪廓曲線圖，其中：圖3a為冷卻后的熒光強度輪廓圖，圖3b為未冷卻時的熒光強度輪廓圖。點曲線是圖像輪廓，實線是點曲線的擬合。