[发明专利]一种超紧凑光晶格钟真空物理装置

说明书

一种超紧凑光晶格钟真空物理装置，包括真空腔体、真空腔体上缠绕的无需水冷的反向亥姆赫兹线圈；真空腔体内部设置有金字塔型磁光阱所需的棱镜支架、直角棱镜组和复合反射镜；棱镜支架上设置有放置固态金属的凹槽，用激光溅射的方式产生气态金属原子。本申请联合了金字塔型磁光阱、激光溅射原子源、无需水冷的反向亥姆赫兹线圈等技术，避免了使用塞曼减速器、水冷机、高温原子炉等高功耗、大体积的装置，并简化了光路和真空装置的复杂度。使得本发明给出的光晶格钟真空物理装置具有体积小、功耗低、重量轻和结构超紧凑等优点，可应用于可搬运或者空间光晶格钟真空物理系统。

技术领域

本发明属于计量仪器领域，具体涉及到超紧凑光晶格钟真空物理装置，用于可移动或者空间光晶格钟的研制。

背景技术

光晶格钟已经实现了E-18量级的频率不确定和E-19量级的系统不确定度，在量子频标、量子模拟和精密测量等领域有着重要的应用。

随着可移动窄线宽激光技术、可移动飞秒光学频率梳和紧凑型光晶格钟真空物理装置等技术的发展，可搬运光晶格钟和空间光晶格钟的研制成为当前人们的研究热点。这些工作在实验外的光晶格钟要求紧凑的真空物理系统，以获得抗振动、体积小、重量轻和功耗低等优点，且它们的发展不仅能推动超高精度空间时频基准的建立，还能应用于相对论测地学、引力波和暗物质探测、量子力学和广义相对论的验证等等。

可搬运或者空间光晶格钟系统需要满足体积小、功耗低、总质量小、抗振动和抗环境噪声等要求，而超级凑的真空装置是满足上述需求最关键的技术之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足,提供一种体积小、重量轻、功耗低、具有抗振动和环境干扰能力的超紧凑光晶格钟真空物理装置。

解决上述技术问题采用的技术方案是：一种超紧凑光晶格钟真空物理装置,真空腔体底部采用盲刀口法兰进行密封并设置于底座上，底座将本装置固定于光学面板上，真空腔体中部设置有6～8根角阀支管，其中1根角阀支管上设置有侧面刀口法兰，其余角阀支管的端部设置有带透光窗口的法兰，真空腔体高度方向上关于角阀支管对称设置有2组固定环，磁场线圈位于固定环内并缠绕于真空腔体上，真空腔体顶部设置有顶部刀口法兰，顶部刀口法兰上设置有顶部透光窗口，侧面刀口法兰与异形角阀相连接，异形角阀的一端设置有抽真空角阀、另一端设置有吸气剂离子泵，真空腔体的内底部中心位置设置有棱镜支架，棱镜支架的顶部360°相位内均布设置有4组直角棱镜，其中2组直角棱镜之间的棱镜支架上设置有凹槽，凹槽内放置有固态金属，棱镜支架中心位置设置有通孔，通孔底部设置有复合反射镜。

本发明的磁场线圈、通过分别施加相反方向电流形成反向亥姆赫兹线圈，2组磁场线圈、之间的间距等于真空腔体、的直径，且其所产生的磁场中心与4组直角棱镜、反射面的中心对连线交点重合，即2组磁场线圈、的平均高度与4组直角棱镜、中心高度一致。

本发明的顶部透光窗口的直径不小于棱镜支架的直径。

本发明的复合反射镜由一面零度高反射镜和一面光学相位延迟片组成。

本发明的棱镜支架顶部表面与真空腔体底部表面平行，棱镜支架竖直方向的中心线与真空腔体竖直方向的中心线重合，4组直角棱镜反射表面中心连线交点穿过真空腔体竖直方向的中心线。

本发明的真空腔体的腔壁厚2 mm，顶部透光窗口的直径为70 mm、厚度为3 mm，由BK7玻璃制成，且镀有高透射461 nm、679 nm、707 nm、813 nm和698 nm的光学薄膜，带透光窗口的法兰上带的透光窗口直径为10 mm，厚度为2 mm，由蓝宝石制作而成，镀有高透射461nm、813 nm和698 nm的光学薄膜，同时还镀有3~10 μm的高反射光学薄膜，顶部透光窗口到顶部刀口法兰底部的距离为135.5 mm，顶部刀口法兰的底部直径为144.9 mm，整个装置的高度为310.54 mm。