[發(fā)明專利]一種制備超長型冷原子云的非對稱二維磁光阱方法和裝置

有效

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• 申請日: 2019-07-12
• 公開（公告）號: CN110473649B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發(fā)明（設計）人: 劉超;楊曉峰
• 申請（專利權(quán)）人: 山西醫(yī)科大學
• 主分類號: G21K1/00
• 分類號: G21K1/00;G21K1/093
• 代理公司: 太原晉科知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(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，所述六束冷卻光分3對，每對冷卻光束中的兩束光對射重疊；其中第一對冷卻光束沿X軸方向，第二對和第三對冷卻光束位于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置平行于Y/Z平面的第一矩形線圈對和平行于X/Z平面的第二矩形線圈對，并使所述第二矩形線圈對的長度等于第一矩形線圈對的1.5倍，所述第一矩形線圈對和第二矩形線圈對均為反亥母霍茲線圈。本發(fā)明可以制備出高原子數(shù)目和高光學厚度的超長雪茄型冷銫原子云，為量子相干效應、量子存儲、量子精密測量等研究提供優(yōu)異的實驗介質(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幾百MHz，極大影響了對原子中物理現(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粘團技術(shù)在Bell實驗室首次實現(xiàn)了對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制獲得了鈉原子球形冷原子云，密度達到了10¹¹個/cm³，實現(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存與釋放等研究工作得到了進一步推進【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。對于多能級電磁感應透明(EIT:Electromagnetically inducedtransparency)系統(tǒng)中三階非線性系數(shù)的增強【Nature 397,594】，利用四波混頻效應操控光脈沖群速度【Optics 56,1908】，以及相干原子介質(zhì)內(nèi)制備量子關(guān)聯(lián)光束的實驗研究中【Opt.Lett.32,178】，我們要求只在某一方向上獲得高光學厚度的原子介質(zhì)，從而建立光與原子強相互作用的耦合體系。在傳統(tǒng)的二維MOT系統(tǒng)中，三對冷卻光分別相互垂直入射，并在兩對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。但是當提高電流、磁場梯度、以及冷卻光與再泵浦光功率時，原子數(shù)密度會隨著冷原子云對散射光的二次吸收達到飽和，體積也隨之增加，當超過六束相干光場交疊區(qū)域時，冷原子云的長度達到平衡不再增加。

因此傳統(tǒng)的二維MOT裝置仍存在缺陷，尤其對量子存儲、非線性效應、多能級EIT等進一步實驗研究中，信號光傳播方向上無法制備出超長型、高光學厚度的冷原子云，限制了原子介質(zhì)中對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，所述六束冷卻光分3對，每對冷卻光束對射重疊，且第一對冷卻光束沿X軸方向，第二對和第三對冷卻光束位于Y/Z平面，其夾角大于等于120°并且關(guān)于Y軸對稱設置；在所述MOT玻璃腔的窗口四周設置平行于Y/Z平面的第一矩形線圈對和平行于X/Z平面的第二矩形線圈對，并使所述第二矩形線圈對的長度等于第一矩形線圈對的1.5倍，所述第一矩形線圈對和第二矩形線圈對均為反亥母霍茲線圈。

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