[發明專利]一種基于伺服反饋電動調焦透鏡的冷原子長距離轉移裝置

有效

• 申請號: 202210869765.3
• 申請日: 2022-07-21
• 公開（公告）號: CN115236865B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 李睿宗;韓廣文;張東方;江開軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院精密測量科學與技術創新研究院
• 主分類號: G02B27/28
• 分類號: G02B27/28;G02B7/04
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所(普通合伙) 42001
• 代理人: 李鵬

本發明公開了一種基于伺服反饋電動調焦透鏡的冷原子長距離轉移裝置，利用階段切換單元，在不同階段控制電流源輸出相應電流，對電動調焦透鏡的焦距進行調節，進而控制束腰位置在實驗腔體內從起點A向終點B附近平滑移動。本發明結構簡單緊湊，沒有機械運動器件，即避免了電機產生電磁噪聲和振動對系統的干擾。又不需要避讓運動結構造成空間的浪費。用光闌取樣反饋控制法，消除了由于電動調焦透鏡的熱效應導致的束腰位置的軸向漂移，從而可以精確地控制轉移系統的起點和終點位置。使整個系統的穩定性得到極大提高。

技術領域

本發明屬于冷原子轉移技術領域，具體涉及一種基于伺服反饋電動調焦透鏡的冷原子長距離轉移裝置。

背景技術

自實現激光冷卻以來，冷原子由于其速度小，溫度低，原子能級譜線精細，物質波波長等特殊的物理性質，不論在科研還是應用方面都得到了廣泛的發展，在科研方面玻色-愛因斯坦凝聚態，費米簡并氣體已成為研究超冷超流等凝聚態物理領域物理問題理想的量子模擬平臺，超冷里德堡原子由于處于高激發態，壽命長，易操控，在量子計算和量子存儲方面具有重要的研究價值原子光學等，在應用方面基于冷原子性質而開發的儀器，如原子干涉儀，原子鐘等實現了對時間的精確測量和對空間的精確導航定位，這些技術對社會的發展起到了越來越重要的作用。

冷原子一般都是利用激光冷卻和磁光阱技術從原子的背景氣體中俘獲，為了俘獲更多的原子一般會增加原子的飽和蒸氣壓，這樣背景的真空度必然會下降，這樣會導致另外一個問題，即冷原子團與背景熱原子碰撞導致的加熱，壽命會降低。為了獲得長壽命，低溫度的冷原子團一般需要將從背景氣體中俘獲的冷原子團轉移到更高真空度的空間位置。這就需要利用特殊的空間轉移技術實現原子團的空間轉移。目前囚禁原子團的勢阱結構主要有兩種：磁阱和光偶極阱，磁阱最簡單的構型為一對反赫姆霍茲線圈組成，利用原子的固有磁矩將處于弱場囚禁態的原子囚禁在磁場的最低點，光偶極阱是利用光對原子的感生光偶極力將原子囚禁在光強的極值處(和光的失諧量有關)。原子空間轉移的原理就是緩慢的改變磁場最小點或者光的束腰位置兩種方式，磁場轉移主要分為兩種方法：第一種方式是將一對反赫姆霍茲線圈固定在電控位移臺上，通過緩慢移動線圈的位置完成原子團的轉移。第二種方式為通過動態控制一系列安裝在轉移路徑上的線圈的電流大小，使磁場的最小點緩慢移動。第一種方式的優點是結構簡單，只需要控制一對線圈的位置即可完成轉移，缺點是電控位移臺移動的過程中會產生振動導致原子團的加熱，二是驅動電機的內部線圈產生的磁場會對環境磁場產生干擾，三是線圈移動的路徑上不能放置其他機械結構件，限制了實驗腔附近光路的搭建空間。第二種方式可以克服以上缺點，但制作和安裝過程非常復雜，對后續的控制過程和維護要求很高，一旦其中一對線圈出現問題，修復的工作量會很大。光阱囚禁原子相對于磁阱而言其控制更加靈活，可以構建多種類型的勢阱結構，而且其可以囚禁所有內態結構的原子(磁場只能囚禁弱場囚禁態)的優點。當前實現光阱的原子團轉移是將透鏡固定在電動位移臺上，通過改變透鏡的位置來實現束腰位置的改變，進而實現原子團的轉移，但這樣的方式和動態轉移線圈的位置同樣的缺點，一是驅動電機的內部線圈產生的磁場會對環境磁場產生干擾，三是透鏡移動的路徑上不能放置其他機械結構件，限制了實驗腔附近光路的搭建空間。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的上述問題，提供了一種基于伺服反饋電動調焦透鏡的冷原子長距離轉移裝置。

本發明的上述目的通過以下技術方案實現：

一種基于伺服反饋電動調焦透鏡的冷原子長距離轉移裝置，包括單模保偏光纖，經單模保偏光纖輸出的遠紅失諧線偏振激光經準直透鏡獲得準直光，準直光經第一反射鏡反射后，依次透過二分之一波片、第一偏振分光棱鏡、第一四分之一波片后依次經第二反射鏡和第三反射鏡反射，再經過電動調焦透鏡、第二四分之一波片以及定焦透鏡后，再經第四反射鏡反射后入射第五反射鏡，大部分光由第五反射鏡反射后形成囚禁光，剩下少部分光透過第五反射鏡，囚禁光反射進入實驗腔體內。