[發明專利]一種漫反射激光冷卻原子貯存裝置和方法

有效

• 申請號: 201910496116.1
• 申請日: 2019-06-10
• 公開（公告）號: CN110148484B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 王秀梅;周鐵中;張程源;吳瓊;王孟芝;盧旭;高連山
• 申請（專利權）人: 北京無線電計量測試研究所
• 主分類號: G21K1/00
• 分類號: G21K1/00;G04F5/14
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司 11315
• 代理人: 馬驥;南霆

本申請公開了一種漫反射激光冷卻原子貯存裝置和方法，其石英泡主體上有石英泡充氣端和石英泡固定端，微波腔筒套設在石英泡主體外，微波腔上圓端蓋的中間有探測光上通光孔，微波腔筒的內壁上、微波腔上圓端蓋的底面上及微波腔下圓端蓋的頂面上均有高漫反射率金屬層；微波腔下圓端蓋的中間有探測光下通光孔，微波腔下圓端蓋上有冷卻光注光孔，微波腔固定端下端的固定端內凸邊緣的中心有向石英泡主體內注入探測石英泡主體縱向中心軸線上冷原子團數量和溫度的探測光用的固定端注光孔；石英泡固定端與微波腔固定端之間空隙內填充無磁釬料層；其無需原子蒸汽源、真空管道和真空泵等裝置，其體積小、重量輕、無功耗。

技術領域

本申請涉及小型化原子貯存技術領域，尤其涉及一種漫反射激光冷卻原子貯存裝置和方法。

背景技術

目前，在基于微波腔的漫反射激光冷卻中，多利用激光經微波腔內壁多次反射后，形成的各向同性光場對原子進行冷卻；這種冷卻機制能夠使得冷原子位置不需發生變化地、再次與微波腔內產生的磁場相互作用產生原子能級躍遷譜線，是新型冷原子頻標(積分球冷原子鐘)的核心技術；在該微波腔同時實現激光冷卻和產生磁場與原子相互作用的雙重功能的過程中，冷原子的貯存方式是影響整鐘物理部分性能、結構、體積、重量和功耗等的重要因素之一。現有技術的基于微波腔的漫反射激光冷卻中的原子貯存方案主要有兩種，一種是原子貯存在外側是球形微波腔的非封閉的球形石英泡內，另一種是原子貯存在內部放置圓柱形微波腔的非封閉的柱形真空筒內。這兩種方案不僅需要原子蒸汽源通過真空管道分別向非封閉的球形石英泡和柱形真空筒內不斷地注入原子氣體，而且也需要真空泵一直維持其內部高真空環境。因此這兩種貯存方案均具存在結構復雜、操作困難、體積大、重量大和功耗大等問題，同時也會給整鐘帶來壽命短和可靠性差等隱患，此外真空泵的較強磁場也會干擾微波腔內磁場的均勻性，影響整鐘的物理性能。公告號為CN109596047A的中國發明專利公開了一種測量原子噴泉冷原子黏團的尺寸和溫度的方法，包括以下步驟：(1)搭建測量裝置位于原子噴泉上方，沿著冷原子黏團運行路徑從下至上依次設置有第一激光束、第二激光束、探測器和熒光收集系統，第一激光束和第二激光束的截面為圓形，在第一激光束的光出射方向設置有第一移動刀口光闌；在第二激光束的光出射方向設置有第二移動刀口光闌，初始，第一移動刀口光闌完全遮住第一激光束，第二移動刀口光闌完全遮住第二激光束，兩個激光束平行、且與冷原子黏團運行路徑垂直；(2)調節第一移動刀口光闌的位置測量并記錄冷原子黏團的飛行時間信號強度原子噴泉的磁光阱每隔2秒以初速度v豎直向上拋射一次冷原子黏團，按照步進距離b沿著前后方向調節第一移動刀口光闌，測量并記錄第一移動刀口光闌每一位置處冷原子黏團的飛行時間信號強度，直到冷原子黏團的飛行時間信號消失；(3)調節第二移動刀口光闌的位置測量并記錄冷原子黏團的飛行時間信號強度調節第一移動刀口光闌恢復至原位，使第一移動刀口光闌完全遮住第一激光束出射的激光，按照步進距離b沿著前后方向調節第二移動刀口光闌，測量并記錄第二移動刀口光闌每一位置處冷原子黏團的飛行時間信號強度，直到冷原子黏團的飛行時間信號消失；(4)繪制數據圖擬合出在第一移動刀口光闌位置的冷原子黏團高斯半徑σ0以第一移動刀口光闌步進距離作為橫坐標、冷原子黏團的飛行時間信號強度作為縱坐標，用步驟(2)記錄的數據繪制數據圖擬合得到在第一移動刀口光闌3位置的原子團高斯半徑σ0；(5)繪制數據圖擬合出在第二移動刀口光闌位置的冷原子黏團高斯半徑σt以第二移動刀口光闌步進距離作為橫坐標、冷原子黏團的飛行時間信號強度作為縱坐標，用步驟(3)記錄的數據繪制數據圖擬合得到在第二移動刀口光闌位置的原子團高斯半徑σt；(6)按照下式計算出冷原子黏團2溫度T式中，K為玻爾茲曼常數，m為原子質量，t為冷原子黏團從第一移動刀口光闌3到第二移動刀口光闌所經歷的時間。其雖然能夠實現對冷原子團的尺寸和溫度進行測量，但是其仍然存在裝置結構復雜、操作困難、體積大、重量大及功耗大的問題。

發明內容

本申請提出一種漫反射激光冷卻原子貯存裝置和方法，旨在解決現有技術中所存在的結構復雜、操作困難、體積大、重量大及功耗大的問題。