[發(fā)明專利]一種制備超長型冷原子云的非對(duì)稱二維磁光阱方法和裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910629151.6
• 申請(qǐng)日: 2019-07-12
• 公開（公告）號(hào): CN110473649B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉超;楊曉峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山西醫(yī)科大學(xué)
• 主分類號(hào): G21K1/00
• 分類號(hào): G21K1/00;G21K1/093
• 代理公司: 太原晉科知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳;趙江艷

本發(fā)明屬于原子的冷卻及俘獲技術(shù)，提供了一種制備超長型冷原子云的非對(duì)稱二維磁光阱方法及裝置，采用6束冷卻光入射到MOT玻璃腔內(nèi)并交匯于一點(diǎn)，所述六束冷卻光分3對(duì)，每對(duì)冷卻光束中的兩束光對(duì)射重疊；其中第一對(duì)冷卻光束沿X軸方向，第二對(duì)和第三對(duì)冷卻光束位于Y/Z平面且其夾角大于等于120°；在所述MOT玻璃腔的窗口四周設(shè)置平行于Y/Z平面的第一矩形線圈對(duì)和平行于X/Z平面的第二矩形線圈對(duì)，并使所述第二矩形線圈對(duì)的長度等于第一矩形線圈對(duì)的1.5倍，所述第一矩形線圈對(duì)和第二矩形線圈對(duì)均為反亥母霍茲線圈。本發(fā)明可以制備出高原子數(shù)目和高光學(xué)厚度的超長雪茄型冷銫原子云，為量子相干效應(yīng)、量子存儲(chǔ)、量子精密測量等研究提供優(yōu)異的實(shí)驗(yàn)介質(zhì)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于原子的冷卻及俘獲技術(shù)，具體涉及一種制備超長雪茄型冷原子云的非對(duì)稱二維磁光阱方法與裝置。

背景技術(shù)

常溫條件下氣體原子的速度為幾百米每秒，多普勒譜線展寬可達(dá)幾百M(fèi)Hz，極大影響了對(duì)原子中物理現(xiàn)象的精確探測。利用磁光阱(MOT:magneto-optical trap)系統(tǒng)冷卻與俘獲中性原子是目前引用最廣泛的激光冷卻技術(shù)，這種方法有效的消除了多普勒展寬的影響，甚至使原子的溫度可以無限接近絕對(duì)零度【Phy.Rev.Lett.69,1741】。早在1975年Hansch和Schawlow提出利用單頻激光冷卻中性原子，隨后朱棣文等人利用光學(xué)粘團(tuán)技術(shù)在Bell實(shí)驗(yàn)室首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)堿金屬鈉原子的冷卻及俘獲。為了得到更加穩(wěn)定的原子阱E.Raab等人通過結(jié)合磁場梯度俘獲和圓偏振激光冷卻機(jī)制獲得了鈉原子球形冷原子云，密度達(dá)到了10¹¹個(gè)/cm³，實(shí)現(xiàn)了最早的MOT系統(tǒng)。

借助于冷原子介質(zhì)中原子速度低、原子數(shù)密度高以及速度分布窄等特性，高精度光譜測量，原子噴泉鐘以及脈沖光下量子儲(chǔ)存與釋放等研究工作得到了進(jìn)一步推進(jìn)【Phys.Rev.Lett.94,153001,Phys.Rev.Lett.70,1171】，尤其是原子數(shù)密度的提高成為了優(yōu)化測量結(jié)果的關(guān)鍵因素。因此，通過MOT系統(tǒng)制備高光學(xué)厚度的冷原子云成為了獲得高原子數(shù)密度介質(zhì)的有效方法。對(duì)于多能級(jí)電磁感應(yīng)透明(EIT:Electromagnetically inducedtransparency)系統(tǒng)中三階非線性系數(shù)的增強(qiáng)【Nature 397,594】，利用四波混頻效應(yīng)操控光脈沖群速度【Optics 56,1908】，以及相干原子介質(zhì)內(nèi)制備量子關(guān)聯(lián)光束的實(shí)驗(yàn)研究中【Opt.Lett.32,178】，我們要求只在某一方向上獲得高光學(xué)厚度的原子介質(zhì)，從而建立光與原子強(qiáng)相互作用的耦合體系。在傳統(tǒng)的二維MOT系統(tǒng)中，三對(duì)冷卻光分別相互垂直入射，并在兩對(duì)尺寸相同的反亥母霍茲線圈內(nèi)加載直流，最終制備出雪茄型的冷原子云。但是當(dāng)提高電流、磁場梯度、以及冷卻光與再泵浦光功率時(shí)，原子數(shù)密度會(huì)隨著冷原子云對(duì)散射光的二次吸收達(dá)到飽和，體積也隨之增加，當(dāng)超過六束相干光場交疊區(qū)域時(shí)，冷原子云的長度達(dá)到平衡不再增加。

因此傳統(tǒng)的二維MOT裝置仍存在缺陷，尤其對(duì)量子存儲(chǔ)、非線性效應(yīng)、多能級(jí)EIT等進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究中，信號(hào)光傳播方向上無法制備出超長型、高光學(xué)厚度的冷原子云，限制了原子介質(zhì)中對(duì)光場信息的充分探測。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，所要解決的技術(shù)問題為：提供一種制備超長雪茄型冷原子云的非對(duì)稱二維磁光阱方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種制備超長型冷原子云的非對(duì)稱二維磁光阱方法，采用6束冷卻光入射到MOT玻璃腔內(nèi)并交匯于一點(diǎn)，所述六束冷卻光分3對(duì)，每對(duì)冷卻光束對(duì)射重疊，且第一對(duì)冷卻光束沿X軸方向，第二對(duì)和第三對(duì)冷卻光束位于Y/Z平面，其夾角大于等于120°并且關(guān)于Y軸對(duì)稱設(shè)置；在所述MOT玻璃腔的窗口四周設(shè)置平行于Y/Z平面的第一矩形線圈對(duì)和平行于X/Z平面的第二矩形線圈對(duì)，并使所述第二矩形線圈對(duì)的長度等于第一矩形線圈對(duì)的1.5倍，所述第一矩形線圈對(duì)和第二矩形線圈對(duì)均為反亥母霍茲線圈。

所述第一對(duì)冷卻光束和再泵浦光束的光斑直徑約為第二對(duì)冷卻光束和第三對(duì)冷卻光束的2倍。