[发明专利]一种二极型磁选态单束铯束管束光学结构的建立方法

权利要求书

1.一种二极型磁选态单束铯束管束光学结构的建立方法，所述束光学结构包括准直器、A磁铁、微波腔、B磁铁和离化丝，铯原子束流从准直器发出，经过A磁铁、微波腔和B磁铁，最后被离化丝收集；其特征在于，不考虑A磁铁和B磁铁的狭缝以及铯炉加热温度，建立所述束光学结构，具体步骤如下：

步骤1、确定所述束光学结构的输入条件，具体为：

1)、确定束光学结构中各部件在X轴方向距离，即准直器、微波腔、B磁铁和离化丝在X轴方向上距离Y轴的距离：X_s、X_m、X_b和X_c；其中，以A磁铁的开孔的法线方向为X轴，Y轴方向为从A磁铁的凸极头指向凹极头的方向，且Y轴在A磁铁的入口端面内；

2)、选定束光学结构中铯原子速度V_s；

3)、束光学结构中各部件物性参数和结构参数，包括准直器的偏角α_s，准直器的宽度W_s，A磁铁和B磁铁的二线场半长a、宽度b和磁铁长度L_x以及磁场强度H₀，微波腔的束孔宽度W_m和长度L_m，离化丝的宽度W_c；

步骤2、令铯原子束从准直器中心垂直射出的铯原子到达A磁铁端面时集中在Y轴向上距离X轴1.2a的点上，得到准直器在Y轴上的相对位置Y_s：

Y_s＝1.2a-X_s tanα_s(1)

步骤3、沿着准直器偏角α_s，在准直器出口中间位置射出选中速度为V_s的铯原子，根据步骤1获得的A磁铁的物性参数和结构参数，结合线性方程组式(2)得到该铯原子在A磁铁内的运动轨迹；

dy1dt=y2dy2dt=μeffm-4a2H0(y12+a2)2y1---(2)]]>

其中t表示时间，y₁为铯原子Y轴向位置坐标，y₂为铯原子Y轴向速度分量，m为铯原子质量，μ_eff根据式(3)计算；

μeff=ϵ+F/41+ϵF/2+ϵ2μ0---(3)]]>

其中F为铯原子的子能级，根据具体束光学设计选择3或4；μ₀是玻尔磁子，为9.274e-24，ε＝H₀/0.3268，是铯原子的磁场系数；

再根据获得的铯原子运动轨迹，确定铯原子在A磁铁出口处的Y轴坐标Y_ma、Y轴向速度分量v_yma和速度方向角α_ma；

步骤4、令铯原子束在微波腔入口、出口处的轨迹均通过微波腔束孔中心，则微波腔夹角α_m等于铯原子在A磁铁出口处的速度方向角，即：

α_m＝α_ma(4)

令铯原子从A磁铁出射后对准微波腔的束孔中心，即得到微波腔入口相对位置Y_m：

Ym=Yma+vymaVscosαs(Xm+Lmcosαm-Lx)-Lmsinαm---(5)]]>

步骤5、令铯原子束从微波腔射出的铯原子到达B磁铁端面时集中在Y轴向上距离X轴1.2a的点上，则得到B磁铁相对Y轴的位置Y_b：

Yb=Yma+vymaVscosαs(Xb-Lx)-1.2a---(6)]]>

步骤6、计算跃迁后铯原子在B磁铁内的运动轨迹，即跃迁铯原子初始位置为1.2a时求解线性方程组式(2)；根据获得的铯原子运动轨迹，获得跃迁铯原子在B磁铁出口处的Y轴坐标Y_mb和Y轴向速度分量v_ymb；

步骤7、令选中的单一速度铯原子束到达离化丝表面宽度中心，由此根据式(7)获得离化丝入口中心坐标Y_c：

Yc=Ymb+vymbVscosαs(Xc-Xb-Lx)---(7)]]>

步骤8、根据步骤1-7得到的准直器在Y轴上的相对位置Y_s，微波腔夹角α_m和微波腔入口相对位置Y_m，B磁铁相对Y轴的位置Y_b以及离化丝入口中心坐标Y_c，建立二极型磁选态单束铯束管束光学结构。