[发明专利]一种紧凑的二维磁光阱装置

说明书

本发明公开了一种紧凑的二维磁光阱装置，包括主玻璃腔体，主玻璃腔体为横截面为五边形的柱体，主玻璃腔体的五个侧面依次为第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面和第五侧面，第一侧面上设置有透射窗片，第二侧面上设置有第二反射窗片，第四侧面上设置有第一反射窗片，第五侧面上设置有第三反射窗片，本发明利用单束激光即可实现二维磁光阱功能，极大地简化了系统，可以应用于原子传感技术和原子钟等领域，用以提高仪器的集成化程度。

技术领域

本发明涉及原子传感技术领域，更具体的涉及一种紧凑的二维磁光阱装置。

背景技术

原子激光冷却技术被广泛应用于原子干涉仪，原子钟和原子磁力计等原子传感领域。原子传感器中散粒噪声主要来受限于原子数目。为降低散粒噪声，原子传感器需要增加测量中的原子数目。为了增加激光冷却中的原子数目，需要制备低速、高通量的原子束以增加磁光阱的捕获效率。制备低速高通量原子一般采用塞曼冷却技术或者二维磁光阱技术来实现。如Thomas H.Loftus等人采用永磁铁技术，发明了一种集成化的塞曼冷却装置(Permanent magnet axial field Zeeman slower，US 8,710,428 B1，2014年)。塞曼冷却技术具有体积紧凑，原子通量大等优点，但是该技术只能冷却纵向方向的原子速度，会影响后期向三维磁光阱中的装载效率。与塞曼冷却技术相比，二维磁光阱能够同时冷却横向方向的原子速度，更适合为三维磁光阱提供低速高通量的原子束。二维磁光阱技术被广泛应用于原子传感技术领域。为提高原子通量，J.R.Kellogg等人采用倾斜的冷却激光光束(Acompact high-efficiency cold atom beam source，Appl.Phys.B第109卷，61，2012年)，可以节省普通二维磁光阱中的推载光，实现了小型化的二维磁光阱。尽管如此，针对实际应用中对于紧凑型器件的需求，二维磁光阱仍有改进的空间。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中紧凑型二维磁光阱的需求，提供一种小型化的二维磁光阱装置。本发明利用五面体的玻璃腔体，可以简化二维磁光阱构造，降低装置尺寸和功耗，提升稳定性。相比于之前的二维磁光阱方案，本发明利用单束光即可实现二维磁光阱功能，极大地简化了系统，可以应用于原子传感技术和原子钟等领域。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种紧凑的二维磁光阱装置，包括主玻璃腔体，主玻璃腔体为横截面为五边形的柱体，主玻璃腔体的五个侧面依次为第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面和第五侧面，第一侧面上设置有透射窗片，第二侧面上设置有第二反射窗片，第四侧面上设置有第一反射窗片，第五侧面上设置有第三反射窗片，

横向冷却激光通过透射窗片进入主玻璃腔体后，经过第一反射窗片反射形成第一反射冷却激光，第一反射冷却激光入射第二反射窗片，经第二反射窗片反射后形成第二反射冷却激光，第二反射冷却激光与横向冷却激光垂直，第二反射冷却激光经四分之一波片后入射第三反射窗片，经第三反射窗片反射后再经过四分之一波片后形成第三反射冷却激光，第三反射冷却激光与横向冷却激光垂直，第二反射冷却激光和第三反射冷却激光均经过位于主玻璃腔体内的二维磁光阱。

如上所述第一侧面与第二侧面之间的夹角为90°，第二侧面与第三侧面之间的夹角为112.5°，第三侧面与第四侧面之间的夹角为112.5°，第四侧面与第五侧面之间的夹角为112.5°，第五侧面与第一侧面之间的夹角为112.5°，横向冷却激光垂直于第一侧面。

如上所述主玻璃腔体设置在磁屏蔽内，

磁屏蔽内还设置有第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体，

第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体位于正方形的四个顶角，

第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体的磁化方向均指向二维磁光阱中心。

一种紧凑的二维磁光阱装置，包括第一分光棱镜、第二分光棱镜、第三分光棱镜、第四分光棱镜和第五分光棱镜，