[發(fā)明專利]一種原子噴泉裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010319890.8
• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN111412908B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發(fā)明（設計）人: 白金海;胡棟;馬慧娟;王宇;貢昊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航空工業(yè)集團公司北京長城計量測試技術(shù)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(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發(fā)明涉及一種原子噴泉裝置，屬于冷原子干涉儀領(lǐng)域。冷原子團處于非零塞曼子能級上；梯度磁場線圈的目的是產(chǎn)生四極型阱，原子團在其中會受到與阱內(nèi)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(gòu)成，目的是產(chǎn)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(xiàn)方向任意的原子噴泉；磁場線圈驅(qū)動電路目的是給磁場線圈提供驅(qū)動電流，實現(xiàn)原子噴泉的開啟和關(guān)閉，以及方向和速度的設置，并保持原子噴泉方向的穩(wěn)定。本發(fā)明實現(xiàn)了方向任意選擇且方向穩(wěn)定的原子噴泉，且不會對原子團造成加熱，裝置可靠穩(wěn)定、使用方便，滿足原子干涉儀的使用需求，提升了其慣性參數(shù)測量能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種原子噴泉裝置，屬于冷原子干涉儀領(lǐng)域。

背景技術(shù)

冷原子物理領(lǐng)域是當前發(fā)展最快、成果最為輝煌的一個方向，冷原子在極端低溫下，即使達到μK甚至nK量級，仍然維持著氣態(tài)，原子間相互碰撞的概率很低，基本處于孤立狀態(tài)，具有物質(zhì)波波長大、與外場可長時間相互作用等常溫原子所沒有的優(yōu)勢，在以原子干涉儀為代表的量子精密測量方向有著極為重要的應用。

原子噴泉技術(shù)是影響原子干涉儀性能的關(guān)鍵技術(shù)。當前使原子噴泉加速的方法有共振光加速法和光學移動粘團法，共振光加速法的原理是使用一束共振或近共振激光照射原子團，原子受到激光散射力而加速，缺點是最終加速效果受激光頻率和功率抖動的影響很大，且因為原子的受激吸收和自發(fā)輻射效應會使原子團加熱升溫；光學移動粘團法的原理是使用一對駐波光場(或者多對按一定規(guī)律排列的駐波光場)照射原子團，形成駐波光場的激光有一定的頻率差，此時原子團將獲得正比于頻率差的速度，缺點是結(jié)構(gòu)復雜，需要精確控制多對激光的頻率，且因功率不平衡、對準不準確等因素易造成加速方向傾斜的問題，對實驗結(jié)果產(chǎn)生重大影響，更重要的是，使用現(xiàn)有原子噴泉技術(shù)的原子干涉儀一旦組裝定型，一般僅能產(chǎn)生確定方向的原子噴泉，對確定慣性參數(shù)有足夠測量靈敏度，極大限制了原子干涉儀的測量能力，比如對原子干涉重力儀來說，其噴泉方向為垂直方向，僅能夠測量垂直方向的重力加速度值，無法測量水平方向重力梯度、水平方向加速度以及旋轉(zhuǎn)速度等其他慣性參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有原子噴泉技術(shù)噴泉方向受限、易造成噴泉方向傾斜以及裝置復雜等缺點，提出一種原子噴泉裝置，實現(xiàn)方向任意選擇且方向穩(wěn)定的原子噴泉，滿足原子干涉儀的使用需求，提升其慣性參數(shù)測量能力。

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。

一種原子噴泉裝置，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(qū)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(gòu)成，目的是產(chǎn)生四極型阱，原子團在其中會受到與阱內(nèi)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(gòu)成，目的是產(chǎn)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(xiàn)方向任意的原子噴泉；磁場線圈驅(qū)動電路目的是給磁場線圈提供驅(qū)動電流，實現(xiàn)原子噴泉的開啟和關(guān)閉，以及方向和速度的任意選擇，并保持原子噴泉方向的穩(wěn)定。

所述原子噴泉方向的任意選擇是通過以下方法實現(xiàn)的：

處于非零塞曼子能級上的冷原子團在梯度線圈產(chǎn)生的四極型阱中會受到與阱內(nèi)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(shù)，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。