[發明專利]一種原子噴泉裝置

有效

• 申請號: 202010319890.8
• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN111412908B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 白金海;胡棟;馬慧娟;王宇;貢昊
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京長城計量測試技術研究所
• 主分類號: G01C19/58
• 分類號: G01C19/58;G01C21/16
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

1.一種原子噴泉裝置，其特征在于：包括：冷原子團、梯度磁場線圈、第一偏置磁場線圈、第二偏置磁場線圈、第三偏置磁場線圈和磁場線圈驅動電路；

冷原子團處于非零塞曼子能級上，是原子噴泉的載體；梯度磁場線圈由反亥姆霍茲線圈構成，目的是產生四極型阱，原子團在其中會受到與阱內磁場梯度大小成正比的作用力，偏置磁場線圈由亥姆霍茲線圈構成，目的是產生大小和方向可變的均勻磁場，改變四極型阱的磁場零點位置，四個線圈共同作用，使原子團受到定向的加速，進而實現方向任意的原子噴泉；磁場線圈驅動電路目的是給磁場線圈提供驅動電流，實現原子噴泉的開啟和關閉，以及方向和速度的任意選擇，并保持原子噴泉方向的穩定；

所述原子噴泉方向的任意選擇是通過以下方法實現的：

處于非零塞曼子能級上的冷原子團在梯度線圈產生的四極型阱中會受到與阱內磁場梯度大小成正比的作用力，作用力大小的表達式為：

F＝μ_Bg_Fm_FB_gra

其中，μ_B表示玻爾磁子，g_F為朗德因子，m_F為磁量子數，B_gra為磁場梯度大小，因原子團處在非零塞曼子能級，也即m_F≠0，則原子團會受到與磁場梯度大小成正比的作用力，所受作用力方向指向或背離磁場零點；

三個偏置磁場線圈以相互正交分布，因對稱性，每個偏置磁場線圈僅在其軸線方向產生均勻磁場，徑向方向的磁場相互抵消，均勻磁場大小與驅動電流大小呈正比，方向和驅動電流方向有關；雖然原子處在均勻磁場中不會受到作用力，但是通過改變均勻磁場的大小和方向改變梯度磁場線圈產生的四極型阱的磁場零點位置，進而實現作用力方向的設置，也即原子噴泉方向的設置；

通過改變梯度磁場線圈的驅動電流大小改變原子團所受的作用力大小，通過改變三個偏置磁場線圈的驅動電流大小和方向以及梯度磁場線圈的電流方向改變原子團所受作用力方向，進而實現任意方向的原子噴泉；

所述原子噴泉方向的穩定不變是通過以下方法實現的：

梯度磁場線圈、第一偏置磁場線圈、第二偏置磁場線圈和第三偏置磁場線圈的電流均由磁場線圈驅動電路產生，每一個線圈對應的驅動電路均由一個電壓控制雙向恒流源構成，線圈上的電流大小與控制電壓成正比，電流方向與控制電壓符號有關，電壓控制雙向恒流源是一種負反饋電路，電流穩定性又與原子團所受作用力的大小和方向的穩定性呈正相關。