[发明专利]磁场强度可精细调节的小型化永磁体结构的塞曼减速器

说明书

本发明公开了磁场强度可精细调节的小型化永磁体结构的塞曼减速器，包括基座模块、以及设置于基座模块上的多个可移动磁子模块；所述基座模块包括中心基座、贯穿中心基座的中心圆筒框架，以及对称设置于中心圆筒框架两侧的方形滑杆；所述可移动磁子模块包括底座、圆周标定尺基片、方形滑槽，所述磁子固定模块包括转轴、磁子安装底座、紧定圆片，本发明利用永磁体提供了一种小型化的塞曼减速器，具有零功耗、小体积、低重量的优点，可用于可搬运光钟和星载光钟中，推动光晶格钟小型化的发展；本发明为永磁体塞曼减速器提出了一种新颖的永磁体固定结构，实现对永磁体二维位置的调节。

技术领域

本发明属于激光冷却领域，具体涉及一种永磁体结构的塞曼减速器。

背景技术

对于原子光钟、原子干涉仪、量子简并气体等现代冷原子物理实验，原子需先被装载到磁光阱(MOT)中，来获得稳定的冷原子云，为后续实验做准备。常温下Yb、Sr等多数原子的蒸气密度较低，需要先通过加热的方式形成高通量的原子束流。由于原子被加热后的速度较大，原子无法被直接装载到磁光阱中，需要利用塞曼减速器对原子进行激光冷却。传统的塞曼减速器，利用塔状结构的通电线圈在原子束流方向上提供梯度变化的塞曼磁场，来补偿由于原子速度变化引入的多普勒频移，使得原子跃迁能级与冷却光频率保持共振。目前，小型化是光晶格钟发展的主要方向之一，要求实验装置具有功耗低、体积小、重量轻的特点。而传统的通电线圈式塞曼减速器，需要消耗大量电能并且具有复杂的水冷结构，限制了光晶格钟的小型化。针对传统塞曼减速器的问题，国内外提出了基于永磁体结构的塞曼减速器，利用永磁体来产生原子塞曼减速时所需的磁场分布。

目前最接近本发明的是英国国家物理实验室(NPL)设计的横向磁场分布的永磁体塞曼减速器。NPL小组基于Sr原子光晶格钟，只利用一组紧凑、分立的钕铁硼磁铁，就可在空间上产生方向垂直于原子束流的塞曼磁场。此小组的塞曼减速器由13对体积不同的圆柱型钕铁硼磁铁组成，每对永磁体关于原子束流对称分布，各个永磁体间距相同为2.083cm。整个装置的尺寸为297mm×161mm×90mm。在该横向磁场永磁体塞曼减速器中，圆柱形永磁体利用螺杆与外框架连接，并可通过调节螺杆来改变永磁体的横向位置，从而实现永磁体塞曼减速器磁场的一维调节。但是NPL小组所研制的横向磁场分布的永磁体塞曼减速器采用的永磁体数量较多，整体尺寸仍较大。其次，该装置只能对永磁体的横向位置进行调节，磁场的可调节性较低。另外，该永磁体塞曼减速器不能对永磁体的横向位置进行精细地调节，磁场的调节精度较低。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足：传统塞曼减速器的功耗高、结构复杂，以及NPL小组横向磁场分布永磁体塞曼减速装置的磁子数量多、磁场调节精度低等问题，提出了磁场强度可精细调节的小型化永磁体结构的塞曼减速器。本发明在获得理想塞曼磁场分布的基础上，基于磁偶极子模型，通过优化永磁体的磁矩大小以及永磁体的纵向和径向位置，获得与理想磁场一致的磁场分布。在对永磁体的磁矩大小以及永磁体的空间位置进行优化时，需遵循装置结构小型化的要求。最终在本发明研制的横向磁场永磁体塞曼减速器中，只需利用4对永磁体就可在垂直于原子束流方向上产生空间梯度变化的塞曼磁场。通过配置滑杆、具有内螺纹的可移动磁子底座以及具有外螺纹的磁子固定底座，使得永磁体可以在平行以及垂直于原子束流的方向上进行精细的调节。

本发明提供的技术方案为：磁场强度可精细调节的小型化永磁体结构的塞曼减速器，包括基座模块、以及设置于基座模块上的多个可移动磁子模块；

所述基座模块包括中心基座、贯穿中心基座的中心圆筒框架，以及对称设置于中心圆筒框架两侧的方形滑杆；所述中心圆筒框架安装固定在原子束真空管道上，使原子束流通过整个装置的中心轴线；

所述可移动磁子模块包括底座、圆周标定尺基片、方形滑槽，所述底座一端通过方形滑槽与方型滑杆连接，另一端通过圆周标定尺基片与磁子固定模块连接，所述方型滑槽及底座上均设有螺纹孔；