[发明专利]一种制备超长型冷原子云的非对称二维磁光阱方法和装置

说明书

本发明属于原子的冷却及俘获技术，提供了一种制备超长型冷原子云的非对称二维磁光阱方法及装置，采用6束冷却光入射到MOT玻璃腔内并交汇于一点，所述六束冷却光分3对，每对冷却光束中的两束光对射重叠；其中第一对冷却光束沿X轴方向，第二对和第三对冷却光束位于Y/Z平面且其夹角大于等于120°；在所述MOT玻璃腔的窗口四周设置平行于Y/Z平面的第一矩形线圈对和平行于X/Z平面的第二矩形线圈对，并使所述第二矩形线圈对的长度等于第一矩形线圈对的1.5倍，所述第一矩形线圈对和第二矩形线圈对均为反亥母霍兹线圈。本发明可以制备出高原子数目和高光学厚度的超长雪茄型冷铯原子云，为量子相干效应、量子存储、量子精密测量等研究提供优异的实验介质。

技术领域

本发明属于原子的冷却及俘获技术，具体涉及一种制备超长雪茄型冷原子云的非对称二维磁光阱方法与装置。

背景技术

常温条件下气体原子的速度为几百米每秒，多普勒谱线展宽可达几百MHz，极大影响了对原子中物理现象的精确探测。利用磁光阱(MOT:magneto-optical trap)系统冷却与俘获中性原子是目前引用最广泛的激光冷却技术，这种方法有效的消除了多普勒展宽的影响，甚至使原子的温度可以无限接近绝对零度【Phy.Rev.Lett.69,1741】。早在1975年Hansch和Schawlow提出利用单频激光冷却中性原子，随后朱棣文等人利用光学粘团技术在Bell实验室首次实现了对碱金属钠原子的冷却及俘获。为了得到更加稳定的原子阱E.Raab等人通过结合磁场梯度俘获和圆偏振激光冷却机制获得了钠原子球形冷原子云，密度达到了10¹¹个/cm³，实现了最早的MOT系统。

借助于冷原子介质中原子速度低、原子数密度高以及速度分布窄等特性，高精度光谱测量，原子喷泉钟以及脉冲光下量子储存与释放等研究工作得到了进一步推进【Phys.Rev.Lett.94,153001,Phys.Rev.Lett.70,1171】，尤其是原子数密度的提高成为了优化测量结果的关键因素。因此，通过MOT系统制备高光学厚度的冷原子云成为了获得高原子数密度介质的有效方法。对于多能级电磁感应透明(EIT:Electromagnetically inducedtransparency)系统中三阶非线性系数的增强【Nature 397,594】，利用四波混频效应操控光脉冲群速度【Optics 56,1908】，以及相干原子介质内制备量子关联光束的实验研究中【Opt.Lett.32,178】，我们要求只在某一方向上获得高光学厚度的原子介质，从而建立光与原子强相互作用的耦合体系。在传统的二维MOT系统中，三对冷却光分别相互垂直入射，并在两对尺寸相同的反亥母霍兹线圈内加载直流，最终制备出雪茄型的冷原子云。但是当提高电流、磁场梯度、以及冷却光与再泵浦光功率时，原子数密度会随着冷原子云对散射光的二次吸收达到饱和，体积也随之增加，当超过六束相干光场交叠区域时，冷原子云的长度达到平衡不再增加。

因此传统的二维MOT装置仍存在缺陷，尤其对量子存储、非线性效应、多能级EIT等进一步实验研究中，信号光传播方向上无法制备出超长型、高光学厚度的冷原子云，限制了原子介质中对光场信息的充分探测。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种制备超长雪茄型冷原子云的非对称二维磁光阱方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种制备超长型冷原子云的非对称二维磁光阱方法，采用6束冷却光入射到MOT玻璃腔内并交汇于一点，所述六束冷却光分3对，每对冷却光束对射重叠，且第一对冷却光束沿X轴方向，第二对和第三对冷却光束位于Y/Z平面，其夹角大于等于120°并且关于Y轴对称设置；在所述MOT玻璃腔的窗口四周设置平行于Y/Z平面的第一矩形线圈对和平行于X/Z平面的第二矩形线圈对，并使所述第二矩形线圈对的长度等于第一矩形线圈对的1.5倍，所述第一矩形线圈对和第二矩形线圈对均为反亥母霍兹线圈。

所述第一对冷却光束和再泵浦光束的光斑直径约为第二对冷却光束和第三对冷却光束的2倍。