[实用新型]一种冷铯原子束源

说明书

本实用新型公开了一种冷铯原子束源，其特征在于，包括一真空腔，该真空腔内设置一冷原子团；利用两束激光和两对反亥姆霍兹线圈在真空腔中形成二维磁光阱，用于从x、y方向囚禁冷原子团中的原子；并在z方向加入一束推射光和一束冷却光，冷却光用于在z方向冷却冷原子团中的原子，推射光用于将冷原子团中的原子推出二维磁光阱，形成冷铯原子束；其中，x方向、y方向和z方向是相互垂直的三个方向。本方案可以避免传统二维磁光阱在应用于原子钟时因为泄漏光而带来的光频移问题。

技术领域

本实用新型属于冷原子物理领域，涉及一种冷铯原子束源产品。

背景技术

原子钟的基本原理是将电磁波频率锁定于原子、分子或离子能级间的稳定跃迁频率,从而获得高精度的电磁波频率输出。自其研制成功以来，在精确测量、定位导航、高速通信、电力系统同步等诸多领域，原子钟都是其中的关键设备。目前，现有的铯束原子钟用传统铯原子束源——铯炉(如图1)来产生所需的铯原子束，铯炉通过加热带3加热，使铯泡1中的铯金属气化，经过多孔材料2到达饱和铯蒸汽室4，最后通过准直器5将铯原子束喷出。由于铯炉温度在100℃左右，因此产生的是热原子束，原子运动速度快，在原子钟体积一定时稳频谱线线宽难以压窄，频率稳定度难以进一步提高，很难同时达到体积小和频率稳定度高两项要求。

实用新型内容

为了克服现有的铯束原子钟使用热原子束导致频率稳定度不佳的问题,本实用新型提供一种冷铯原子束源的产品。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种冷铯原子束源，其特征在于，包括一真空腔7，该真空腔7内设置一冷原子团13；其中，

该真空腔7沿y方向的两外侧设置多个三棱镜17并在其中一外侧设置一背面镀高反膜的λ/4波片12，用于对y方向上的入射激光15经过多个三棱镜17的反射到达背面镀高反膜的λ/4波片12上反射后经原路返回，在y方向冷却冷原子团13中的原子；

该真空腔7沿x方向的两外侧设置多个第二三棱镜19并在其中一外侧设置一背面镀高反膜的λ/4波片20，用于对x方向上的第二入射激光18经过多个第二三棱镜19的多次反射，到达第二背面镀高反膜的λ/4波片20上反射后经原路返回，在x方向冷却冷原子团13中的原子；

两对矩形反亥姆霍兹线圈，即第一对反亥姆霍兹线圈6与第二对反亥姆霍兹线圈11，用于从x、y方向囚禁冷原子团13中的原子；入射激光15、第二入射激光18和该两对反亥姆霍兹线圈在该真空腔7中形成二维磁光阱；

该真空腔7的z方向内侧设置一具有铯原子束出口8且背面镀高反膜的λ/4波片9，用于当冷却光10在z方向入射到该λ/4波片9上，反射后经原路返回，形成对射，从而在z方向上冷却原子；

该铯原子束出口8作为冷铯原子束输出端口，用于沿z方向入射的推射光16将冷原子团13中的原子从该铯原子束出口8处推出，形成冷铯原子束14；其中，x方向、y方向和z方向是相互垂直的三个方向。

进一步的，两对矩形反亥姆霍兹线圈，即第一对反亥姆霍兹线圈6与第二对反亥姆霍兹线圈11，以冷原子团13为中心对称放置。

进一步的，所述真空腔7为带玻璃窗的真空腔。

进一步的，所述推射光16的功率为50uW。

进一步的，所述冷却光10为环形中空冷却光。

本申请利用两束激光(入射激光15和第二入射激光18)和两对反亥姆霍兹线圈(第一对反亥姆霍兹线圈6和第二对反亥姆霍兹线圈11)在带玻璃窗的真空腔7中形成二维磁光阱，并在z方向加入一束推射光16和一束环形中空冷却光10，环形中空冷却光10用于在z方向冷却冷原子团13中的原子，推射光16用于将冷原子团13中的原子推出二维磁光阱。由于推射光16的功率非常弱，仅为50uW，因此可以避免传统二维磁光阱在应用于原子钟时因为泄漏光而带来的光频移问题。