[发明专利]小型化原子芯片双腔真空系统

说明书

技术领域

本发明涉及激光冷却原子，特别是一种主要适用于激光冷却和冷原子转移的小型化原子芯片双腔真空系统。

背景技术

随着激光冷却原子技术的发展，超冷原子介质已经逐渐在量子频标、原子干涉仪和量子信息处理等方面得到了很好的应用。但是传统的冷原子系统的实验装置往往意味着庞大的真空装置，从而导致了几十安培的磁场线圈电流和水冷系统等过于复杂和庞大的系统，这在一定程度上阻碍了冷原子系统在实际中的应用，因此研制小型化冷原子系统成为国际上冷原子物理和技术发展的一个重要趋势。原子芯片作为腔壁的小型化双腔真空系统具有体积小、功耗低、重复率高和稳定性好等优点。

原子芯片是小型化冷原子芯片双腔系统的核心，利用成熟的微电子技术，在芯片上刻蚀导线结构，通上电流后能形成稳固且复杂的势阱，从而可以对囚禁在磁阱中的冷原子团进行精确的操控和转移，并且可以高度集成化。故原子芯片的结构可以紧凑小巧，芯片上很小的电流就可以产生很大的磁场梯度和磁阱频率。这意味着磁阱中囚禁的原子具有很高的弹性碰撞率和原子密度，有利于加快蒸发冷却的速度，减少蒸发冷却的时间，这就降低了实验对于磁阱寿命的要求，也就降低了系统对真空度的要求，从而可以大大减小真空系统和磁场线圈的尺寸，同时大大提高了冷原子装置的稳定性、可靠性和便携性。

单腔系统虽然简单小巧，但无法解决磁阱寿命和装载效率的矛盾，背景真空低，磁光阱装载时间必须长。

发明内容

本发明的目的是为了改进传统的冷原子真空系统的体积大、功耗高的问题，提供一种主要适用于激光冷却和冷原子转移的小型化原子芯片双腔真空系统，该真空系统具有体积小、功耗低、重复率高和稳定性好等优点。

本发明的技术解决方案如下：

一种主要适用于激光冷却和冷原子转移的小型化原子芯片双腔真空系统，其特点在于：该真空系统的中心是一个正方形六通腔，该正方形六通腔的六个面的中心各具有一个通孔和相应的连接法兰，上端面的法兰与高真空玻璃池腔室的法兰连接，下端面的法兰与低真空玻璃池腔室的法兰连接，左端面的法兰与抽速为2L/s的离子泵的法兰连接，右端面的法兰与二芯接线法兰装置的二芯接线法兰连接，该二芯接线法兰的二根芯柱分别用真空接线端子连接第一真空吸气剂的两个引线端；前端面的法兰与剪断的第二铜管转接法兰连接，后端面的法兰与剪断的第一铜管转接法兰连接；

所述的高真空玻璃池腔室是由方形玻璃管的一端熔接第一玻璃金属转接法兰，另一端用环氧树脂真空胶粘上芯片的金层面构成；

所述的低真空玻璃池腔室的主体是一个双孔六面长方体玻璃池，该双孔六面长方体玻璃池开小孔的端面与第二玻璃金属转接法兰的玻璃管端面熔接，开大孔的端面与热原子发生器的小口径端相熔接，该热原子发生器的大口径一端与一个熔封四根金属芯柱的玻璃平片用真空环氧树脂胶粘合，相对的两根金属芯柱用真空接线端子连接原子源的两个引线端，另两根金属芯柱用真空接线端子与第二真空吸气剂的两个引线端连接。

所述的低真空玻璃池腔室的小孔的直径为650-850微米。

所述的小型化双腔真空系统的制备方法，该方法包括下列步骤：

1)先装配成预抽真空系统，预抽真空系统包括正方形六通腔、高真空玻璃池腔室、低真空玻璃池腔室、二芯接线法兰装置、外围泵组装置、2L/s离子泵和真空测量装置，所述的正方形六通腔的六个面的中心各具有一个通孔和相应的连接法兰，上端面的法兰与所述的高真空玻璃池腔室的法兰连接，下端面的法兰与所述的低真空玻璃池腔室的法兰连接，左端面的法兰与所述的抽速为2L/s的离子泵的法兰连接，右端面的法兰与所述的二芯接线法兰装置的二芯接线法兰连接，该二芯接线法兰的二根芯柱分别用真空接线端子连接真空吸气剂的两个引线端；前端面的法兰与所述的真空测量装置相连的第二铜管转接法兰连接，后端面的法兰与所述的外围泵组装置相连的第一铜管转接法兰连接；

所述的高真空玻璃池腔室是由方形玻璃管的一端熔接第一玻璃金属转接法兰，另一端用环氧树脂真空胶粘上芯片的金层面构成；

所述的低真空玻璃池腔室的主体是一个双孔六面长方体玻璃池，该双孔六面长方体玻璃池开小孔的端面与第二玻璃金属转接法兰的玻璃管端面熔接，开大孔的端面与热原子发生器的小口径端相熔接，该热原子发生器的大口径一端与一个熔封四根金属芯柱的玻璃平片用真空环氧树脂胶粘合，相对的两根金属芯柱用真空接线端子连接原子源的两个引线端，另两根金属芯柱用真空接线端子与真空吸气剂的两个引线端连接。

2)利用所述的外围泵组装置和真空测量装置监测将系统的真空度抽到低于1×10^-9Torr；