[發明專利]用于測量表示冷原子的布居數的量的裝置和相關聯的傳感器

在審

• 申請號: 202180051931.2
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN116194732A
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 卡洛斯·加里多·阿爾扎爾
• 申請（專利權）人: 法國國家科學研究中心;巴黎觀象臺;索邦大學
• 主分類號: G01C19/64
• 分類號: G01C19/64
• 代理公司: 北京弘權知識產權代理有限公司 11363
• 代理人: 許偉群;李少丹

1.一種用于測量表示占據預定原子能級的冷原子的布居數(N)的量(Γ_A)的裝置(1、2)，所述冷原子位于待分析的冷原子云(CL)中，所述裝置包括：

-微波源(S)，被配置成以預定信號頻率(fs)生成入射信號(SMWi)，

-微波波導(GO)，被配置成傳播所述入射信號，和天線(Ant)，被配置成將所述入射信號發射到所述冷原子云及其環境，

所述天線和所述微波波導還能夠恢復由所述云及其環境對所述入射信號的反射產生的原子反射信號(SMWra)，并且所述原子反射信號在所述波導中在與所述入射信號相反的方向上傳播，

-功分裝置(SS)，被耦合到所述微波波導并且被配置成提取所述原子反射信號的至少一部分，

-檢測器(Det)，被配置成檢測由所述功分裝置提取的所述原子反射信號，

表示所述預定原子能級的冷原子的布居數(N)的所述量是從所述原子反射信號(SMWra)的檢測值(S_A)以及從被稱為參考反射信號(SMWr0)的、在不存在所述云的情況下由環境反射的信號的檢測值(S₀)獲得的。

2.根據前一權利要求所述的裝置，其中，所述表示量與所述布居數成比例。

3.根據權利要求1和2中任一項所述的裝置，其中，所述表示量(Γ_A)被稱為原子反射系數，并且定義如下：

其中，S_A是所述原子反射信號的檢測值，

S₀是所述參考反射信號的檢測值。

4.根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其中，所述檢測器被配置成檢測反射的原子功率和參考功率，所述表示量((Γ_PA)是根據所述原子功率和所述參考功率確定的。

5.根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其中，所述檢測器被配置成檢測反射的原子幅度和參考幅度，相關聯的所述表示量(Γ_AV)是根據所述幅度確定的，和/或被配置成檢測原子相位和參考相位，相關聯的所述表示量是根據所述相位確定的。

6.根據前一權利要求所述的裝置，其中，所述功分裝置(SS)被配置成提取所述入射信號的一部分并且所述檢測器(Det)被配置成檢測所述入射信號的所述一部分并且測量所述原子相位和所述參考相位。

7.根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其中，所述微波波導和所述天線被集成在原子芯片上。

8.根據前述權利要求中任一項所述的裝置，其中，所述信號頻率fs使得：

fs≥fT+f0/2

其中，fT是可能的躍遷中最高的檢測躍遷的頻率，

f0是所述冷原子的兩個塞曼子能級的分隔頻率。

9.一種冷原子傳感器(CAS)，包括：

-包括被配置成生成磁導的微電路的原子芯片(Ach)和原子源(AS)，所述原子芯片和所述原子源被放置在真空室中，

所述傳感器被配置成：生成包括具有第一原子能級(|a)和第二原子能級(|b)的原子的初始的冷原子云，生成并且在適用的情況下沿預定路徑在相反方向上移動具有所述第一原子能級的冷原子云和具有所述第二原子能級的冷原子云，以及重組所述冷原子云以生成至少一個待分析的冷原子云(CL、CL1、CL2)，

所述冷原子傳感器還包括：

-至少一個如權利要求1至8中任一項所述的測量裝置(1)，其被配置成測量表示所述第一原子能級(|a)的布居數(N1)的第一量(Γ_A1)和表示所述第二原子能級(|b)的布居數(N2)的第二量(Γ_A2)、根據所表示的所述第一量和第二量確定的物理量。

10.根據前一權利要求所述的傳感器，其中，所述測量裝置的所述微波波導(GO)和所述天線被集成在所述原子芯片上，以及其中，所述天線(Ant)位于靠近所述待分析的冷原子云的位置。