冷原子束产生装置的制作方法

本申请属于超冷原子，具体涉及一种小型化的冷原子束产生装置。

背景技术：

1、冷原子束的产生有两种主流装置：塞曼减速器和二维磁光阱。塞曼减速器采用激光散射原理，在原子运动相反方向加一束原子共振的强激光，原子吸收激光光子动量减速；为了保持减速中的原子始终处于共振状态，需要专门设计沿运动轴向的磁场，以用塞曼频移补偿减速中的多普勒频移。这种方法电功耗较大并且难以小型化，难以满足当今量子传感等应用小型化可搬运的需求。二维磁光阱装置采用多普勒磁光囚禁原理，通过金属气体释放剂向一个高真空腔释放稀薄原子蒸汽。在原子束的轴向方向施加冷却光和四极磁场，使原子冷却并富集在磁场为零的轴上，优于在轴线上没有附加束缚，因此原子沿轴向形成冷原子流。与塞曼减速器相比，这种方案能够有效缩短装置的长度，但冷原子束流强度低于塞曼减速器。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种冷原子束产生装置，旨在解决现有技术中原子装载速率低、装置体积大的技术问题。

2、本申请实施例提供的冷原子束产生装置，包括原子囚禁腔、原子束流发射通道、囚禁激光通道、减速激光通道和磁体，

3、原子囚禁腔为真空腔体；

4、原子束流发射通道用于向原子囚禁腔内发射原子束流；

5、囚禁激光通道用于向原子囚禁腔内发射可以囚禁原子束流的囚禁激光束；

6、减速激光通道用于从原子束流的对向向原子囚禁腔内发射可以使原子束流减速的减速激光束；

7、磁体用于产生作用于原子囚禁腔的四极磁场。

8、根据本申请的实施方式，原子囚禁腔为圆柱形，原子束流发射通道、囚禁激光通道和减速激光通道均设置在原子囚禁腔的圆柱形侧壁上、沿着原子囚禁腔的径向向外延伸。

9、根据本申请前述任一实施方式，囚禁激光通道包括第一囚禁激光通道、第二囚禁激光通道、第三囚禁激光通道、第四囚禁激光通道，

10、第一囚禁激光通道与第三囚禁激光通道相对设置，第二囚禁激光通道与第四囚禁激光通道相对设置。

11、根据本申请前述任一实施方式，在第一囚禁激光通道和/或第二囚禁激光通道和/或第三囚禁激光通道和/或第四囚禁激光通道的激光入口端设置有玻璃窗和对玻璃窗加热的加热模块，或

12、在减速激光通道的激光入口端设置有玻璃窗和对减速激光通道的通道侧壁降温的降温模块。

13、根据本申请前述任一实施方式，冷原子束产生装置还包括原子推送通道和原子接收通道，

14、原子推送通道和原子接收通道均沿着原子囚禁腔的轴向设置，分别位于原子囚禁腔的两外侧壁，

15、原子推送通道用于向原子囚禁腔内发射推送被囚禁的原子团的推送激光，原子接收通道用于接收由推送激光推送的原子团。

16、根据本申请前述任一实施方式，原子束流发射通道与原子炉连通，原子炉用于向原子束流发射通道内发射原子束流。

17、根据本申请前述任一实施方式，原子束流发射通包括沿着原子囚禁腔的径向延伸的准直段和与准直段连接的原子进入段。

18、根据本申请前述任一实施方式，在准直段内设置有用于对原子束流进行准直的若干根紧密排列的准直管。

19、根据本申请前述任一实施方式，准直管的内径为1mm～3mm。

20、根据本申请前述任一实施方式，四极磁场在原子囚禁腔的轴线处的磁场强度为零，囚禁激光束在原子囚禁腔的轴线处产生冷却激光光场。

21、根据本申请前述任一实施方式，在原子囚禁腔的圆柱形外侧壁上设置有两个用于安放磁体的磁体安放槽，两个磁体安放槽相对设置，其中一个磁体安放槽位于第一囚禁激光通道与第二囚禁激光通道之间，另一个磁体安放槽位于第三囚禁激光通道与第四囚禁激光通道之间。

22、本申请实施例的冷原子束产生装置，利用从原子束流运动方向相反发射的减速激光束，可以降低原子束流的速度，降低至特定速度的原子更容易被磁光阱捕获，从而提高了冷原子束流密度，达到了塞曼减速器相似的性能；并且与传统的塞曼减速器相比，由于利用四极磁场与激光一起组成磁光阱，取代了传统塞曼减速器中较长的圆柱形通道，结构更加紧凑。

技术特征：

1.冷原子束产生装置，其特征在于：包括原子囚禁腔、原子束流发射通道、囚禁激光通道、减速激光通道和磁体，

2.根据权利要求1所述的冷原子束产生装置，其特征在于：所述原子囚禁腔为圆柱形，所述原子束流发射通道、囚禁激光通道和减速激光通道均设置在所述原子囚禁腔的圆柱形侧壁上、沿着所述原子囚禁腔的径向向外延伸。

3.根据权利要求2所述的冷原子束产生装置，其特征在于：所述囚禁激光通道包括第一囚禁激光通道、第二囚禁激光通道、第三囚禁激光通道、第四囚禁激光通道，

4.根据权利要求3所述的冷原子束产生装置，其特征在于：在所述第一囚禁激光通道和/或第二囚禁激光通道和/或第三囚禁激光通道和/或第四囚禁激光通道的激光入口端设置有玻璃窗和对所述玻璃窗加热的加热模块，或

5.根据权利要求2所述的冷原子束产生装置，其特征在于：还包括原子推送通道和原子接收通道，

6.根据权利要求1所述的冷原子束产生装置，其特征在于：所述原子束流发射通道与原子炉连通，所述原子炉用于向所述原子束流发射通道内发射原子束流。

7.根据权利要求2所述的冷原子束产生装置，其特征在于：所述原子束流发射通道包括沿着所述原子囚禁腔的径向延伸的准直段和与所述准直段连接的原子进入段。

8.根据权利要求7所述的冷原子束产生装置，其特征在于：在所述准直段内设置有用于对原子束流进行准直的若干根紧密排列的准直管。

9.根据权利要求8所述的冷原子束产生装置，其特征在于：所述准直管的内径为1mm～3mm。

10.根据权利要求3所述的冷原子束产生装置，其特征在于：所述四极磁场在所述原子囚禁腔的轴线处的磁场强度为零，所述囚禁激光束在所述原子囚禁腔的轴线处产生冷却激光光场。

11.根据权利要求10所述的冷原子束产生装置，其特征在于：在所述原子囚禁腔的圆柱形外侧壁上设置有两个用于安放所述磁体的磁体安放槽，两个磁体安放槽相对设置，其中一个磁体安放槽位于所述第一囚禁激光通道与第二囚禁激光通道之间，另一个磁体安放槽位于所述第三囚禁激光通道与第四囚禁激光通道之间。

技术总结
本申请属于超冷原子技术领域，具体公开了一种冷原子束产生装置，旨在解决现有技术中原子装载速率低、装置体积大的技术问题。本申请实施例的冷原子束产生装置，包括原子囚禁腔、原子束流发射通道、囚禁激光通道、减速激光通道和磁体，原子囚禁腔为真空腔体；原子束流发射通道用于向原子囚禁腔内发射原子束流；囚禁激光通道用于向原子囚禁腔内发射可以囚禁原子束流的囚禁激光束；减速激光通道用于从原子束流的对向向原子囚禁腔内发射可以使原子束流减速的减速激光束；磁体用于产生作用于原子囚禁腔的四极磁场。这种结构的冷原子束产生装置达到了塞曼减速器相似的性能；并且与传统的塞曼减速器相比，结构更加紧凑。

技术研发人员：罗先刚,龙云,江宝山
受保护的技术使用者：天府兴隆湖实验室
技术研发日：20221222
技术公布日：2024/1/12