[发明专利]一种漫反射激光冷却原子贮存装置和方法

说明书

本申请公开了一种漫反射激光冷却原子贮存装置和方法，其石英泡主体上有石英泡充气端和石英泡固定端，微波腔筒套设在石英泡主体外，微波腔上圆端盖的中间有探测光上通光孔，微波腔筒的内壁上、微波腔上圆端盖的底面上及微波腔下圆端盖的顶面上均有高漫反射率金属层；微波腔下圆端盖的中间有探测光下通光孔，微波腔下圆端盖上有冷却光注光孔，微波腔固定端下端的固定端内凸边缘的中心有向石英泡主体内注入探测石英泡主体纵向中心轴线上冷原子团数量和温度的探测光用的固定端注光孔；石英泡固定端与微波腔固定端之间空隙内填充无磁钎料层；其无需原子蒸汽源、真空管道和真空泵等装置，其体积小、重量轻、无功耗。

技术领域

本申请涉及小型化原子贮存技术领域，尤其涉及一种漫反射激光冷却原子贮存装置和方法。

背景技术

目前，在基于微波腔的漫反射激光冷却中，多利用激光经微波腔内壁多次反射后，形成的各向同性光场对原子进行冷却；这种冷却机制能够使得冷原子位置不需发生变化地、再次与微波腔内产生的磁场相互作用产生原子能级跃迁谱线，是新型冷原子频标(积分球冷原子钟)的核心技术；在该微波腔同时实现激光冷却和产生磁场与原子相互作用的双重功能的过程中，冷原子的贮存方式是影响整钟物理部分性能、结构、体积、重量和功耗等的重要因素之一。现有技术的基于微波腔的漫反射激光冷却中的原子贮存方案主要有两种，一种是原子贮存在外侧是球形微波腔的非封闭的球形石英泡内，另一种是原子贮存在内部放置圆柱形微波腔的非封闭的柱形真空筒内。这两种方案不仅需要原子蒸汽源通过真空管道分别向非封闭的球形石英泡和柱形真空筒内不断地注入原子气体，而且也需要真空泵一直维持其内部高真空环境。因此这两种贮存方案均具存在结构复杂、操作困难、体积大、重量大和功耗大等问题，同时也会给整钟带来寿命短和可靠性差等隐患，此外真空泵的较强磁场也会干扰微波腔内磁场的均匀性，影响整钟的物理性能。公告号为CN109596047A的中国发明专利公开了一种测量原子喷泉冷原子黏团的尺寸和温度的方法，包括以下步骤：(1)搭建测量装置位于原子喷泉上方，沿着冷原子黏团运行路径从下至上依次设置有第一激光束、第二激光束、探测器和荧光收集系统，第一激光束和第二激光束的截面为圆形，在第一激光束的光出射方向设置有第一移动刀口光阑；在第二激光束的光出射方向设置有第二移动刀口光阑，初始，第一移动刀口光阑完全遮住第一激光束，第二移动刀口光阑完全遮住第二激光束，两个激光束平行、且与冷原子黏团运行路径垂直；(2)调节第一移动刀口光阑的位置测量并记录冷原子黏团的飞行时间信号强度原子喷泉的磁光阱每隔2秒以初速度v竖直向上抛射一次冷原子黏团，按照步进距离b沿着前后方向调节第一移动刀口光阑，测量并记录第一移动刀口光阑每一位置处冷原子黏团的飞行时间信号强度，直到冷原子黏团的飞行时间信号消失；(3)调节第二移动刀口光阑的位置测量并记录冷原子黏团的飞行时间信号强度调节第一移动刀口光阑恢复至原位，使第一移动刀口光阑完全遮住第一激光束出射的激光，按照步进距离b沿着前后方向调节第二移动刀口光阑，测量并记录第二移动刀口光阑每一位置处冷原子黏团的飞行时间信号强度，直到冷原子黏团的飞行时间信号消失；(4)绘制数据图拟合出在第一移动刀口光阑位置的冷原子黏团高斯半径σ0以第一移动刀口光阑步进距离作为横坐标、冷原子黏团的飞行时间信号强度作为纵坐标，用步骤(2)记录的数据绘制数据图拟合得到在第一移动刀口光阑3位置的原子团高斯半径σ0；(5)绘制数据图拟合出在第二移动刀口光阑位置的冷原子黏团高斯半径σt以第二移动刀口光阑步进距离作为横坐标、冷原子黏团的飞行时间信号强度作为纵坐标，用步骤(3)记录的数据绘制数据图拟合得到在第二移动刀口光阑位置的原子团高斯半径σt；(6)按照下式计算出冷原子黏团2温度T式中，K为玻尔兹曼常数，m为原子质量，t为冷原子黏团从第一移动刀口光阑3到第二移动刀口光阑所经历的时间。其虽然能够实现对冷原子团的尺寸和温度进行测量，但是其仍然存在装置结构复杂、操作困难、体积大、重量大及功耗大的问题。

发明内容

本申请提出一种漫反射激光冷却原子贮存装置和方法，旨在解决现有技术中所存在的结构复杂、操作困难、体积大、重量大及功耗大的问题。