[实用新型]一种量子态反转装置及二次选态系统

说明书

本实用新型涉及一种量子态反转装置及二次选态系统，装置包括主体，由两个对称的半主体拼合而成；所述主体的外侧绕设有梯度场线圈，所述主体内设置有容置孔，容置孔内设置有线桩，所述线桩内设置有一通孔，所述线桩的外侧绕设有两交变线圈，分别位于所述通孔的上方和下方；所述主体内还设置有分别向所述主体两端延伸的两原子束槽，两原子束槽位于所述通孔的两端并与所述通孔连通。本实用新型的量子态反转装置利用绝热快通道技术较好地实现对于氢原子量子态的反转，通过梯度场线圈和两组交变线圈可以方便地产生圆偏振磁场，体积小巧，结构简单，可作为二次选态系统的核心部件装入现有的氢脉泽中，从而实现氢原子的二次选态，具有广泛使用的价值。

技术领域

本实用新型涉及氢原子选态技术领域，更具体地涉及一种量子态反转装置及二次选态系统。

背景技术

近年来随着氢原子钟电子学系统的不断发展，其短期频率稳定度持续提高，但受限于现有氢原子钟选态系统经选态后还有50％以上的F＝1,mF＝-1态无效氢原子进入储存泡，使得氢原子钟的中长期频率稳定度指标难以再提高。为了进一步改善氢原子钟的中长期频率稳定度，需要设计一种量子态反转装置，可以使得一级选态磁铁筛除不了的F＝1,mF＝1态氢原子在通过该装置后实现量子态反转，变为F＝1,mF＝-1态，进入二级选态磁铁后被偏转，最终仅有F＝1,mF＝0态有效氢原子进入储存泡。

上世纪80年代日本的Shinji Urabe,Koji Nakagiri等人就已经利用磁场快速翻转技术完成了关于氢原子频标的量子态反转实验，原理为利用一对反向亥姆霍兹线圈构建了磁场快速翻转区，翻转区前后的磁场方向相反，原子在穿过翻转区时会发生Majorana跃迁，量子态从F＝1,mF＝1直接跃迁到F＝1,mF＝-1。如图1所示，现有的量子态反转装置包括线圈1’、线圈2’、线圈3’、圆柱形屏蔽4’和屏蔽盘5’，其位于磁铁6’和磁铁7’之间，氢源8’发射的氢原子依次经过磁铁6’、线圈1’、线圈2’、线圈3’和磁铁7’后进入储存泡9’中。

但是，该装置需要严苛的无磁环境，且反转区内磁场强度必须小于1mG，由于装置外存在非常强的偏转磁场，仅依靠外部磁屏蔽和装置中单个辅助线圈难以满足要求；而且其反转磁场梯度必须很大，这不但要求线圈1’与2’上的电流大小相同方向相反，两线圈间距也必须为线圈半径，在工程方面实现的难度较高；再者由于其偏转磁铁尺寸和场强较为特殊，所需要的选态磁铁长度以及磁铁场强与现有氢钟不匹配，因此不适用于现有的氢脉泽。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种量子态反转装置及二次选态系统，以实现氢原子量子态的翻转，其结构简单，在工程上容易实现。

本实用新型一方面提供一种量子态反转装置，包括主体，由两个对称的半主体拼合而成；所述主体的外侧绕设有梯度场线圈，所述主体内设置有容置孔，所述容置孔内设置有线桩，所述线桩内设置有一通孔，所述线桩的外侧绕设有两交变线圈，分别位于所述通孔的上方和下方；所述主体内还设置有分别向所述主体两端延伸的两原子束槽，两原子束槽位于所述通孔的两端并与所述通孔连通。

进一步地，所述主体的两端分别设置有第一延伸管和第二延伸管，所述第一延伸管和第二延伸管的一端分别与两所述原子束槽连通，另一端则伸出所述主体外。

进一步地，所述主体的两端开设有阶梯孔，所述第一延伸管和第二延伸管分别插入所述主体两端的阶梯孔中。

进一步地，所述主体为圆台，所述圆台的顶部形成前端，所述圆台的底部形成后端。

进一步地，所述圆台的高度为2-4cm。

进一步地，所述圆台的高度为3cm。

进一步地，所述梯度场线圈的绕制方式为前密后疏。

进一步地，两所述半主体的其中一个上设置有销，另一个则设置有与所述销配合的销孔。