[發明專利]一種移動單個原子位置的系統和方法

有效

• 申請號: 202010524157.X
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111721410B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 郭龑強;張江江;郭曉敏
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01J1/44
• 分類號: G01J1/44;G02B26/10
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 趙江艷

1.一種移動單個原子位置的系統，包括磁光阱系統，所述磁光阱系統用于在真空玻璃氣室（1）中形成原子俘獲區域，其特征在于，還包括激光器（13）、雙軸掃描振鏡（11）、聲光調制器（12）、偏振分束棱鏡（10）、透鏡組、三維平移臺（7）、干涉濾波片（14）、單光子探測器（16）和非球面鏡（5），所述非球面鏡（5）設置在真空玻璃氣室（1）的側壁上；兩個45度全反鏡（6）通過三維調節鏡架設置在所述三維平移臺（7）上，所述激光器（13）發出的激光依次經聲光調制器（12）、雙軸掃描振鏡（11）、偏振分束棱鏡（10）、透鏡組、兩個45度全反鏡（6）和非球面鏡（5）后在真空玻璃氣室（1）內聚焦形成尺寸小于2μm的腰斑；所述三維平移臺（7）用于調節腰斑的位置，使其與磁光阱系統形成的原子俘獲區域重合形成光學偶極阱并裝載單個原子；光學偶極阱中的單個原子發出的熒光依次經非球面鏡（5）、兩個45度全反鏡（6）、透鏡組、偏振分束棱鏡（10）和干涉濾波片（14）后被單光子探測器（16）探測；所述雙軸掃描振鏡（11）用于通過調節激光的偏轉角度實現光學偶極阱中單個原子的移動；所述非球面鏡（5）通過導管（17）與所述三維平移臺（7）固定連接，所述三維平移臺（7）用于通過所述導管（17）驅動所述非球面鏡（5）和兩個45度全反鏡（6）運動，進而改變腰斑位置使其與磁光阱系統形成的原子俘獲區域重合。

2.根據權利要求1所述的一種移動單個原子位置的系統，其特征在于，所述導管（17）為中空的金屬鏡筒，其一端與所述三維平移臺（7）固定連接，另一端通過法蘭與真空玻璃氣室（1）連接，所述非球面鏡（5）密封設置在所述導管（17）端部。

3.根據權利要求1所述的一種移動單個原子位置的系統，其特征在于，所述透鏡組設置在所述三維平移臺（7）上。

4.根據權利要求1所述的一種移動單個原子位置的系統，其特征在于，所述干涉濾波片（14）帶寬小于2nm，中心波長等于原子熒光波長。

5.根據權利要求1所述的一種移動單個原子位置的系統，其特征在于，還包括設置在偏振分束棱鏡（10）與單光子探測器（16）之間的多模光纖（15），所述多模光纖（15）用于收集熒光后發送給所述單光子探測器（16）；

所述透鏡組包括第一透鏡（8）和第二透鏡（9），所述第一透鏡（8）和第二透鏡（9）數值孔徑為0.29且物距為36mm。

6.一種移動單個原子位置的方法，采用權利要求1所述的一種移動單個原子位置的系統實現，其特征在于，包括以下步驟：

S1、通過磁光阱系統在真空玻璃氣室（1）中形成原子俘獲區域；

S2、通過三維調節鏡架調節45度全反鏡（6）的角度和位置，調節激光器（13）輸出激光在的真空玻璃氣室（1）中形成的腰斑在XY平面內的位置，使腰斑與原子俘獲區域初步重合，XY平面是指與光束傳播方向垂直的平面；然后通過驅動三維平移臺（7），調節激光器（13）輸出激光在的真空玻璃氣室（1）中形成的腰斑的三維空間位置，使腰斑與原子俘獲區域完全重合形成光學偶極阱，并在光學偶極阱中俘獲單個原子；

S3、控制掃描振鏡（11）的反射角度，實現激光束的偏轉，從而實現光學偶極阱中單個原子的移動；將計數器與單光子探測器相連進行計數統計得到單個原子的熒光信號圖，根據熒光信號圖統計分析得到單個原子在光學偶極阱中的移動距離、移動速率、單個原子熒光光子計數率的統計分布圖。