[實用新型]一種冷銫原子束源

有效

• 申請號: 201920240891.6
• 申請日: 2019-02-26
• 公開（公告）號: CN210016681U
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發明（設計）人: 謝偉濱;陳徐宗;齊向暉;王青;賀軒;方聲偉;陳楠
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H05H3/02
• 分類號: H05H3/02;G04F5/14
• 代理公司: 11200 北京君尚知識產權代理有限公司
• 代理人: 司立彬

本實用新型公開了一種冷銫原子束源，其特征在于，包括一真空腔，該真空腔內設置一冷原子團；利用兩束激光和兩對反亥姆霍茲線圈在真空腔中形成二維磁光阱，用于從x、y方向囚禁冷原子團中的原子；并在z方向加入一束推射光和一束冷卻光，冷卻光用于在z方向冷卻冷原子團中的原子，推射光用于將冷原子團中的原子推出二維磁光阱，形成冷銫原子束；其中，x方向、y方向和z方向是相互垂直的三個方向。本方案可以避免傳統二維磁光阱在應用于原子鐘時因為泄漏光而帶來的光頻移問題。

技術領域

本實用新型屬于冷原子物理領域，涉及一種冷銫原子束源產品。

背景技術

原子鐘的基本原理是將電磁波頻率鎖定于原子、分子或離子能級間的穩定躍遷頻率,從而獲得高精度的電磁波頻率輸出。自其研制成功以來，在精確測量、定位導航、高速通信、電力系統同步等諸多領域，原子鐘都是其中的關鍵設備。目前，現有的銫束原子鐘用傳統銫原子束源——銫爐(如圖1)來產生所需的銫原子束，銫爐通過加熱帶3加熱，使銫泡1中的銫金屬氣化，經過多孔材料2到達飽和銫蒸汽室4，最后通過準直器5將銫原子束噴出。由于銫爐溫度在100℃左右，因此產生的是熱原子束，原子運動速度快，在原子鐘體積一定時穩頻譜線線寬難以壓窄，頻率穩定度難以進一步提高，很難同時達到體積小和頻率穩定度高兩項要求。

實用新型內容

為了克服現有的銫束原子鐘使用熱原子束導致頻率穩定度不佳的問題,本實用新型提供一種冷銫原子束源的產品。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種冷銫原子束源，其特征在于，包括一真空腔7，該真空腔7內設置一冷原子團13；其中，

該真空腔7沿y方向的兩外側設置多個三棱鏡17并在其中一外側設置一背面鍍高反膜的λ/4波片12，用于對y方向上的入射激光15經過多個三棱鏡17的反射到達背面鍍高反膜的λ/4波片12上反射后經原路返回，在y方向冷卻冷原子團13中的原子；

該真空腔7沿x方向的兩外側設置多個第二三棱鏡19并在其中一外側設置一背面鍍高反膜的λ/4波片20，用于對x方向上的第二入射激光18經過多個第二三棱鏡19的多次反射，到達第二背面鍍高反膜的λ/4波片20上反射后經原路返回，在x方向冷卻冷原子團13中的原子；

兩對矩形反亥姆霍茲線圈，即第一對反亥姆霍茲線圈6與第二對反亥姆霍茲線圈11，用于從x、y方向囚禁冷原子團13中的原子；入射激光15、第二入射激光18和該兩對反亥姆霍茲線圈在該真空腔7中形成二維磁光阱；

該真空腔7的z方向內側設置一具有銫原子束出口8且背面鍍高反膜的λ/4波片9，用于當冷卻光10在z方向入射到該λ/4波片9上，反射后經原路返回，形成對射，從而在z方向上冷卻原子；

該銫原子束出口8作為冷銫原子束輸出端口，用于沿z方向入射的推射光16將冷原子團13中的原子從該銫原子束出口8處推出，形成冷銫原子束14；其中，x方向、y方向和z方向是相互垂直的三個方向。

進一步的，兩對矩形反亥姆霍茲線圈，即第一對反亥姆霍茲線圈6與第二對反亥姆霍茲線圈11，以冷原子團13為中心對稱放置。

進一步的，所述真空腔7為帶玻璃窗的真空腔。

進一步的，所述推射光16的功率為50uW。

進一步的，所述冷卻光10為環形中空冷卻光。

本申請利用兩束激光(入射激光15和第二入射激光18)和兩對反亥姆霍茲線圈(第一對反亥姆霍茲線圈6和第二對反亥姆霍茲線圈11)在帶玻璃窗的真空腔7中形成二維磁光阱，并在z方向加入一束推射光16和一束環形中空冷卻光10，環形中空冷卻光10用于在z方向冷卻冷原子團13中的原子，推射光16用于將冷原子團13中的原子推出二維磁光阱。由于推射光16的功率非常弱，僅為50uW，因此可以避免傳統二維磁光阱在應用于原子鐘時因為泄漏光而帶來的光頻移問題。