[发明专利]原子束准直方法、原子束准直器、原子干涉仪、原子陀螺仪

说明书

本发明提供原子束准直方法、原子束准直器、原子干涉仪、原子陀螺仪。对原子束照射第一激光(701a)、第二激光(701b)、第三激光(701c)。第一激光与第三激光具有与基态和第一激发态之间的跃迁对应的波长。第二激光具有与基态和第二激发态之间的跃迁对应的波长。首先，由第一激光使在与原子束的行进方向正交的方向上具有比期望的速度小的速度分量的原子从基态跃迁至第一激发态。接着，由第二激光向处于基态的原子赋予动量。被赋予了动量的原子改变行进方向，从原子束中除去。最后，由第三激光使在正交方向上具有比期望的速度小的速度分量的原子从第一激发态返回基态。

技术领域

本发明涉及原子束准直(collimation)技术。

背景技术

近年来，准直的原子束已经被应用在原子束光刻以及原子干涉仪等中。作为对原子束进行准直的技术，例如已知利用在原子束的行进方向上隔着间隔的多个狭缝对从原子束源射出的原子束进行准直的技术、或利用二维磁光阱(two-dimensional magneto-optical trap：2D-MOT)机构对从原子束射出的原子进行准直的技术。关于前者的技术，例如参照非专利文献1的图2所示的结构。关于后者的技术，例如参照非专利文献2。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：St.Bernet，R.Abfalterer，C.Keller，M.Oberthaler，J.Schmiedmayer and A.Zeilinger，“Matter waves in time-modulated complex lightpotentials(时间调制的复杂光势中的物质波)”，Phys.Rev.A 62，023606(2000)。

非专利文献2：J.Schoser，A.Batar，R.Low，V.Schweikhard，A.Grabowski，Yu.B.Ovchinnikov and T.Pfau，“Intense source of cold Rb atoms from a pure two-dimensional magneto-optical trap(来自纯二维磁光阱的冷铷原子的强大来源)”，PHYSICAL REVIEW A，66，023410 2002。

发明内容

发明所要解决的技术问题

利用狭缝的原子束准直技术能够根据狭缝的配置实现良好的准直。但是，利用狭缝的原子束准直技术因狭缝而较大地限制原子束的行进，所以使原子通量降低。此外，利用狭缝的原子束准直技术因为原子束的行进方向上狭缝的间隔较长，所以不适合小型化。

利用2D-MOT机构的原子束准直技术因为未限制原子束的行进，所以能够实现良好的原子通量。此外，利用2D-MOT机构的原子束准直技术与利用狭缝的原子束准直技术相比，能够以较小的尺寸，特别是原子束的行进方向上较小的尺寸来实施。但是，利用2D-MOT机构的原子束准直技术因冷却跃迁的自然宽度而在冷却温度上存在极限，所以难以实现良好的准直。

本发明的目的在于提供一种原子束准直技术，与利用狭缝的原子束准直技术相比，能够以较小的尺寸，特别是原子束的行进方向上较小的尺寸来实施，且能够减少原子通量的降低，并且也能够实现良好的准直。

用于解决技术问题的技术方案

本发明的原子束准直方法具有：第一步骤，其通过对原子束照射具有与基态和第一激发态之间的跃迁对应的波长的第一激光，选择性地使原子束中在与原子束的行进方向正交的方向上具有比期望速度小的速度分量的的原子从基态跃迁至第一激发态；第二步骤，其在第一步骤之后，对原子束照射具有与基态和第二激发态之间的跃迁对应的波长的第二激光，由此而向原子束中处于基态的原子赋予反冲动量，其结果是，改变原子束中处于基态的原子的行进方向；第三步骤，其在第二步骤之后，对原子束照射具有与基态和第一激发态之间的跃迁对应的波长的第三激光，由此而使原子束中处于第一激发态的原子从第一激发态跃迁至基态。