[发明专利]一种基于磁光阱原理的独立一体式冷原子束缚装置

说明书

本发明公开的一种基于磁光阱原理的独立一体式冷原子束缚装置，属于冷原子束缚领域。本发明将磁光阱多束光路、磁场线圈一体集成形成冷原子束缚模块，独立于真空腔，能够在离位条件下完成装配、优化相关参数，再与任意满足尺寸要求的全透明真空腔的底座连接，完成磁光阱俘获冷原子团及进一步的量子测量的工作。本发明能够离位组装、测试、调节，再与多种真空腔模块组装，实现即插即用式的冷原子团束缚功能。此外，冷原子束缚模块独立一体化的优势还包括：结构紧凑，重量较轻，有利于量子测量系统的模块化、小型化、轻量化和工程化；光路灵活，既能够离位调整单独光学零件，也能够与真空模块组装后调整整体磁光阱位置，从而调整相应的冷原子团位置。

技术领域

本发明涉及一种冷原子束缚装置，尤其涉及一种基于磁光阱原理的独立一体式冷原子束缚装置，属于冷原子束缚领域。

背景技术

随激光冷却原子技术的发展，原子物质波干涉技术在高分辨力、高准确度的量子计量技术中发挥了重要作用。在绝对重力加速度、重力梯度、角速度、加速度及时频的测量精度方面，物质波干涉技术都有超越传统方法的绝对优势，特别是在重力加速度测量方面，原子干涉测量技术被公认为未来用于重力加速度最高计量标准的先进技术。

基于磁光阱原理的冷原子束缚技术在原子干涉测量中发挥了重要的作用。以冷原子干涉重力仪为例，其具体测量方式为，在超高真空环境下抓取冷原子团，令其在重力场中自由下落，通过拉曼光与下落原子相互作用，实现分束、翻转、合束等在内的原子干涉过程，并通过干涉条纹提取出重力信息。其中，利用激光制冷、磁光阱技术实现的原子团抓取是实现量子精密测量的基础条件。

三维磁光阱一般由六束冷却激光、一束再泵浦光、一对反亥姆霍兹线圈构成，其中冷却光分为三对激光相向照射，三对激光两两垂直，在原点处交汇，构成光阱，反亥姆霍兹线圈提供原点处为零的线性梯度磁场，其轴向与一对激光重合，构成磁阱。为满足磁光阱几何构型需求，同时满足超高真空环境，目前国际上一般采用多面体式金属真空腔结构，需开设多个窗口，体积较大，重量较沉，难于搬运，从而难以满足重力测量对实地测量的需求；同时其冷却光光路各自通过腔体表面固定位置进入真空腔，使得真空系统与光路系统互相耦合，既大幅增加设计、安装成本，也难于进行优化调整。

为解决这些工程化应用需求，近年来全透明真空腔技术逐渐开始应用于量子精密测量，真空腔体整体由石英、微晶玻璃等透明材料构成，相较于传统金属腔体，全透明真空腔拥有重量小、真空度更高等优势，然而由于玻璃等透明材质的特点，难以实现在腔体表面固定多光路的磁光阱结构，目前的光路结构需要玻璃腔外围多位置分别固定，导致整体测量系统仍有体积较大、难于搬运的缺点，同时光路结构与真空腔位置相对固定，真空系统与光学系统彼此耦合的缺点依然存在，光路调节须原位进行，导致光路结构难于对准、优化，进一步阻碍了量子测量系统的工程化。

由于上述原因，需要研究一种结构小巧、光路灵活、独立于真空系统的基于磁光阱原理的独立一体式冷原子束缚模块。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种基于磁光阱原理的独立一体式冷原子束缚装置，基于磁光阱原理实现冷原子束缚，通过真空模块与光路模块分离，实现磁光阱与真空腔分离的一体式光路结构，有助于量子精密测量系统功能模块化，进一步推进量子测量系统的小型化、轻量化与工程化。

本发明通过如下技术方案实现上述目的：

本发明公开的一种基于磁光阱原理的独立一体式冷原子束缚装置，包括光路支撑骨架、光学镜筒及光学元件、反亥姆赫兹线圈、拉曼光学平台、底部固定座。

所述光路支撑骨架主体为光路支撑骨架上方圆环和光路支撑骨架下方圆环，在每一圆环上均有3个相对水平面倾斜固定角度的圆形切面，且在同一水平面内均匀分布。上方圆环的3个圆形切面和下方圆环的3个圆形切面搭配为三对，每对圆形切面的轴线重合，切面上留有安装孔，用于固定光学元件、镜筒及反亥姆霍兹线圈。

所述两圆环通过竖直立柱刚性连接。