本發(fā)明屬于中性冷卻原子產(chǎn)生技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種光路系統(tǒng)及高通量冷原子束流二維磁光阱系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

冷原子物理是最近二十年發(fā)展起來的前沿物理學(xué)分支，現(xiàn)已經(jīng)成為現(xiàn)代物理學(xué)中最為活躍的領(lǐng)域之一。冷原子物理學(xué)和先進(jìn)光學(xué)等技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了光頻標(biāo)、原子鐘、原子干涉儀等精密測(cè)量物理學(xué)領(lǐng)域的新概念、新方法和新技術(shù)，不僅有重大的科學(xué)研究?jī)r(jià)值，而且對(duì)人民生活、技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生重大影響。目前的這些精密測(cè)量主要體現(xiàn)在頻譜的范圍。

氣體原子或分子在通常狀況下處于無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，室溫下原子、分子在空氣中的運(yùn)動(dòng)速度約為300m/s的量級(jí)，即使降溫到77K，氮分子的運(yùn)動(dòng)速度仍高達(dá)150m/s，而氦原子在4K時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度為90m/s。當(dāng)溫度降低到粒子的熱運(yùn)動(dòng)速度小于1m/s時(shí)，任何氣體都將凝結(jié)成液體或固體，這時(shí)原子間有強(qiáng)烈的作用，其結(jié)構(gòu)和性能也會(huì)發(fā)生顯著變化。所以對(duì)自由原子的研究一般以快速原子為對(duì)象，原子過高的運(yùn)動(dòng)速度使得觀察和測(cè)量極為困難。如何使原子的運(yùn)動(dòng)速度降至極小，甚至接近于零，又使它們保持相對(duì)獨(dú)立，很少有相互作用，這是物理學(xué)家的一個(gè)夢(mèng)想，也是物理學(xué)上的一大難題。傳統(tǒng)的化學(xué)方法或原子束法只能將溫度降到幾十K的量級(jí)，液氦至多可產(chǎn)生幾K的低溫環(huán)境。激光冷卻與囚禁原子技術(shù)使這個(gè)難題得到了解決！Doppler冷卻和光學(xué)粘膠(optical molasses)的辦法可以制備1mK～1μK范圍的冷原子，蒸發(fā)制冷甚至可以制備1μK以下的超冷原子。

對(duì)冷原子和超冷原子行為特性的研究，有助于理解光場(chǎng)對(duì)原子的控制、基本物理量的精確測(cè)量、物質(zhì)波干涉和量子統(tǒng)計(jì)現(xiàn)象等，對(duì)于化學(xué)物理、原子分子物理、光物理以及凝聚態(tài)物理的研究具有重要的意義。

冷原子的de Broglie波長(zhǎng)大于或等于化學(xué)鍵的長(zhǎng)度，與激光的波長(zhǎng)相當(dāng)，容易呈現(xiàn)出波動(dòng)性，如共振、干涉等。冷原子的碰撞作用時(shí)間大于自發(fā)輻射壽命，可得到線寬小于自然線寬的高分辨率光譜。當(dāng)溫度足夠低、原子的de Broglie波長(zhǎng)大于原子間的平均距離時(shí)，就可以形成玻色-愛因斯坦凝聚(BEC:Bose-Einstein condensation)。冷原子在光場(chǎng)的作用下，通過碰撞可結(jié)合成光締合分子，其光譜特征就是光締合光譜(Photoassociationspectrum)。目前，冷原子和超冷原子已用于原子頻標(biāo)、原子干涉儀、物質(zhì)波全息成像(mater-wave holography)、光學(xué)晶格(optical lattices)以及Bose-Einstein凝聚(BEC)等方面的研究。除此之外，分子的冷卻也取得了進(jìn)展。用激光冷卻的超冷離子已被用于量子邏輯門的演示實(shí)驗(yàn)，并有可能成為量子計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)方案。所有這些成果都給我們展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。

二維磁光阱為現(xiàn)有對(duì)原子冷卻以形成冷原子和超冷原子的主要設(shè)備，但現(xiàn)有的二維磁光阱一般只使用兩個(gè)橢圓形光束作為冷卻光的磁光阱，存在冷卻原子束的通量小、發(fā)散角大、速度分布帶寬較寬及冷卻效果不佳等問題。為了增加冷卻原子束的通量，一般通過增加冷卻區(qū)的長(zhǎng)度來增加冷卻原子束的通量，但由于現(xiàn)有的二維磁光阱中冷卻區(qū)中的二分之一玻片、四分之一玻片、偏振分光棱鏡等都是使用單獨(dú)的鏡架固定，增加冷卻區(qū)的長(zhǎng)度就會(huì)增加二分之一玻片、四分之一玻片、偏振分光棱鏡的數(shù)量，從而需要很多的鏡架，這些鏡架會(huì)占據(jù)較大的空間，單獨(dú)操作起來也非常的不方便。

此外，現(xiàn)有的二維磁光阱一般采用反亥姆赫茲線圈產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)，但反亥姆赫茲線圈產(chǎn)生的定梯度的磁場(chǎng)需要考慮到流的發(fā)熱影響，需要能夠提供較大電流的電流源以產(chǎn)生磁場(chǎng)，使得設(shè)備的成本較高；同時(shí)，由于磁場(chǎng)由電流源提供的電流產(chǎn)生，產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)隨著電流源產(chǎn)生的電流的變化而發(fā)生起伏變化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種光路系統(tǒng)及高通量冷原子束流二維磁光阱系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的二維磁光阱系統(tǒng)存在的冷卻原子束的通量小、發(fā)散角大、速度分布帶寬較寬、冷卻效果不佳、體積大、操作不方便、成本較高及磁場(chǎng)穩(wěn)定性不好等問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種光路系統(tǒng)，所述光路系統(tǒng)包括：

玻璃腔體，所述玻璃腔體包括與其端面相垂直的兩兩相對(duì)的四個(gè)側(cè)面；

第一冷卻子系統(tǒng)，位于所述玻璃腔體相對(duì)的兩側(cè)面的兩側(cè)；

第二冷卻子系統(tǒng)，位于所述玻璃腔體另外相對(duì)的兩側(cè)面的兩側(cè)；

所述第一冷卻子系統(tǒng)及所述第二冷卻子系統(tǒng)沿所述玻璃腔體的長(zhǎng)度方向均依次包括三個(gè)第一冷卻區(qū)域及一個(gè)第二冷卻區(qū)域。

作為本發(fā)明的光路系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述第一冷卻區(qū)域包括：第一二分之一玻片、偏振分光棱鏡、第一四分之一玻片、第二四分之一玻片及第一反射鏡；

所述第一二分之一玻片、所述偏振分光棱鏡及所述第一四分之一玻片位于所述玻璃腔體一側(cè)面的一側(cè)；所述第一二分之一玻片的表面與所述玻璃腔體的該側(cè)面相垂直；所述偏振分光棱鏡包括入口及出口，所述偏振分光棱鏡入口與所述第一二分之一玻片的表面相平行，所述偏振分光棱鏡的出口與所述偏振分光棱鏡的入口相垂直；所述第一四分之一玻片，位于所述偏振分光棱鏡與所述玻璃腔體之間，所述第一四分之一玻片的表面與所述偏振分光棱鏡的出口相平行；

所述第二四分之一玻片及所述第一反射鏡位于與所述玻璃腔體與所述第一二分之一玻片、所述偏振分光棱鏡及所述第一四分之一玻片相對(duì)的側(cè)面的一側(cè)；所述第一四分之一玻片對(duì)應(yīng)設(shè)置，且所述第二四分之一玻片的表面與所述第一四分之一玻片的表面相平行；所述第一反射鏡位于所述第二四分之一玻片遠(yuǎn)離所述玻璃腔體的一側(cè)，且所述第一反射鏡的表面與所述第二四分之一玻片的表面相平行。

作為本發(fā)明的光路系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述第一二分之一玻片、所述偏振分光棱鏡及所述第一四分之一玻片安裝于同一鏡架上。

作為本發(fā)明的光路系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述第二冷卻區(qū)域包括：第二反射鏡、第三四分之一玻片、第四四分之一玻片及第三反射鏡；

所述第二反射鏡及所述第三四分之一玻片位于所述玻璃腔體設(shè)置有所述第一二分之一玻片、所述偏振分光棱鏡及所述第一四分之一玻片的一側(cè)；且所述第二反射鏡位于三個(gè)依次排布的所述第一冷卻區(qū)域的一側(cè)，所述第二反射鏡的表面與所述偏振分光棱鏡的入口具有45°夾角；所述第三四分之一玻片位于所述第二反射鏡與所述玻璃腔體之間，所述第三四分之一玻片的表面與所述偏振分光棱鏡的出口相平行；

所述第四四分之一玻片及所述第三反射鏡位于所述玻璃腔體設(shè)置有所述第二四分之一玻片及所述第一反射鏡的一側(cè)；且所述第四四分之一玻片與所述第三四分之一玻片對(duì)應(yīng)設(shè)置，所述第四四分之一玻片的表面與所述第三四分之一玻片的表面相平行；所述第三反射鏡位于所述第四四分之一玻片遠(yuǎn)離所述玻璃腔體的一側(cè)，且所述第三反射鏡的表面與所述第四四分之一玻片的表面相平行。

作為本發(fā)明的光路系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述光路系統(tǒng)還包括：

第一光纖耦合器，位于所述玻璃腔體設(shè)置有所述第一二分之一玻片、所述偏振分光棱鏡、所述第一四分之一玻片、所述第二反射鏡及所述第三四分之一玻片的一側(cè)，且位于所述第一冷卻區(qū)域遠(yuǎn)離所述第二冷卻區(qū)域的一側(cè)；所述第一光纖耦合器的輸出端的端面與所述第一二分之一玻片的表面相平行；所述第一光纖耦合器適于向所述第一冷卻子系統(tǒng)及所述第二冷卻子系統(tǒng)輸入冷卻光束；

差分抽運(yùn)管，一端經(jīng)由所述玻璃腔體的一端面延伸至所述玻璃腔體內(nèi)；所述差分抽運(yùn)管延伸至所述玻璃腔體的一端的端面為朝向所述第二四分之一玻片及所述第一反射鏡所在一側(cè)的45°傾斜面；

第四反射鏡，位于所述玻璃腔體遠(yuǎn)離所述差分抽運(yùn)管一端的外側(cè)，所述第四反射鏡的表面與所述差分抽送管延伸至所述玻璃腔體內(nèi)的一端的端面相平行；

第二光纖耦合器，位于所述玻璃腔體設(shè)有所述第一二分之一玻片、所述偏振分光棱鏡、所述第一四分之一玻片、所述第二反射鏡及所述第三四分之一玻片的一側(cè)；所述第二光纖耦合器的輸出端的端面與所述第三四分之一玻片的表面相平行；所述第二光纖耦合器適于提供推送光，所述第二光纖耦合器提供的推送光經(jīng)由所述第四反射鏡反射后進(jìn)入所述玻璃腔體，以推動(dòng)所述玻璃腔體內(nèi)的冷卻原子束向所述差分抽運(yùn)管運(yùn)動(dòng)；

第五反射鏡，位于所述玻璃腔體設(shè)置有所述第二四分之一玻片及所述第一反射鏡的一側(cè)；所述第五反射鏡的表面與所述差分抽送管延伸至所述玻璃腔體內(nèi)的一端的端面相平行；

第三光纖耦合器，位于所述玻璃腔體設(shè)置有所述第五反射鏡的一側(cè)，適于提供反推送光，所述第三光纖耦合器提供的反推送光經(jīng)由所述第五反射鏡之后被所述第五反射鏡反射至所述差分抽送管延伸至所述玻璃腔體內(nèi)的一端的端面。

本發(fā)明還提供一種高通量冷原子束流二維磁光阱系統(tǒng)，所述高通量冷原子束流二維磁光阱系統(tǒng)包括如上述任一方案中所述的光路系統(tǒng)。

作為本發(fā)明的高通量冷原子束流二維磁光阱系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述高通量冷原子束流二維磁光阱系統(tǒng)還包括磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置，所述磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置位于所述玻璃腔體的外側(cè)，適于產(chǎn)生可調(diào)節(jié)梯度磁場(chǎng)。

作為本發(fā)明的高通量冷原子束流二維磁光阱系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置的數(shù)量為兩個(gè)，兩個(gè)所述磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置位于所述第一冷卻子系統(tǒng)與所述第二冷卻子系統(tǒng)之間，且以所述玻璃腔體的軸向中心線對(duì)稱設(shè)置。

作為本發(fā)明的高通量冷原子束流二維磁光阱系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置包括：

固定板，所述固定板表面設(shè)有若干個(gè)安裝槽，所述安裝槽的一側(cè)設(shè)有與外界連通的安裝孔；

永久磁鐵，位于所述安裝槽內(nèi)；

調(diào)節(jié)裝置，經(jīng)由所述安裝孔安裝于所述固定板上，適于調(diào)節(jié)各所述安裝槽內(nèi)的所述永久磁鐵的位置。

作為本發(fā)明的高通量冷原子束流二維磁光阱系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述調(diào)節(jié)裝置包括：

擋板，位于所述安裝槽內(nèi)；

調(diào)節(jié)拉桿，一端經(jīng)由所述安裝孔插入所述安裝槽內(nèi)，且與所述擋板相連接，適于在外力的作用下拉動(dòng)所述擋板運(yùn)動(dòng)以調(diào)節(jié)所述永久磁鐵的位置。

作為本發(fā)明的高通量冷原子束流二維磁光阱系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述高通量冷原子束流二維磁光阱系統(tǒng)還包括：

工作物質(zhì)源，所述工作物質(zhì)源位于所述玻璃腔體內(nèi)；

加熱電極，與所述工作物質(zhì)源相連接，適于位所述工作物質(zhì)源加熱，以在所述玻璃腔體內(nèi)形成所述工作物質(zhì)源的原子蒸汽；

波紋管，與所述玻璃腔體內(nèi)部相連通，所述工作物質(zhì)源的原子蒸汽被所述光路系統(tǒng)中的所述第一冷卻子系統(tǒng)及所述第二冷卻子系統(tǒng)冷卻成冷原子束流后在推送光的推送下經(jīng)由所述波紋管被引出。

如上所述，本發(fā)明的光路系統(tǒng)及高通量冷原子束流二維磁光阱系統(tǒng)具有如下有益效果：

本發(fā)明的光路系統(tǒng)包括多個(gè)分開的冷卻區(qū)域，所述光路系統(tǒng)使用于二維磁光阱中使不需要非常大的光學(xué)鏡片對(duì)光束進(jìn)行擴(kuò)束，極大的減小了二維磁光阱所占的空間；同時(shí)，所述光路系統(tǒng)可以使得冷卻光在整個(gè)光路系統(tǒng)中分布更加均勻。

本發(fā)明的高通量冷原子束流二維磁光阱系統(tǒng)具有模塊緊湊、體積較小、冷卻原子束的通量大、發(fā)散角小、速度分布帶寬窄等優(yōu)點(diǎn)。所述高通量冷原子束流二維磁光阱系統(tǒng)的磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置是使用永久磁鐵產(chǎn)生需要的梯度磁場(chǎng)，相較于現(xiàn)有技術(shù)中的使用反亥姆霍茲線圈來產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)，我們使用永久磁鐵產(chǎn)生的梯度磁場(chǎng)可以不用考慮線圈的發(fā)熱，電流的不穩(wěn)定，具有極高的性價(jià)比。

附圖說明

圖1及圖2顯示為本發(fā)明實(shí)施例一中提供的光路系統(tǒng)不同側(cè)面的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，所述圖1為顯示第一冷卻系統(tǒng)的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為顯示第二冷卻系統(tǒng)的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3顯示為本發(fā)明實(shí)施例二中提供的高通量冷原子束流二維磁光阱的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4顯示為本發(fā)明實(shí)施例二中提供的高通量冷原子束流二維磁光阱中的磁場(chǎng)發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

元件標(biāo)號(hào)說明

11 玻璃腔體

111 第一表面

112 第二表面

113 第三表面

114 第四表面

12 第一冷卻區(qū)域

121 第一二分之一玻片

122 偏振分光棱鏡

123 第一四分之一玻片

124 第二四分之一玻片

125 第一反射鏡

13 第二冷卻區(qū)域

131 第二反射鏡

132 第三四分之一玻片

133 第四四分之一玻片

134 第三反射鏡

14 第一光纖耦合器

15 差分抽運(yùn)管

16 第四反射鏡

161 第四反射鏡鏡架

17 第二光纖耦合器

171 第二光纖耦合器鏡架

18 第五反射鏡

19 第三光纖耦合器

20 磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置

201 固定板

2011 安裝槽

202 永久磁鐵

203 調(diào)節(jié)裝置

2031 擋板

2032 調(diào)節(jié)拉桿

21 加熱電極

22 波紋管

具體實(shí)施方式

以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。

請(qǐng)參閱圖1至圖4。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，雖圖示中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。

實(shí)施例一

請(qǐng)參閱圖1及圖2，本發(fā)明提供一種光路系統(tǒng)，所述光路系統(tǒng)適用于高通量冷原子束流二維磁光阱系統(tǒng)，所述光路系統(tǒng)包括：玻璃腔體11，所述玻璃腔體11包括與其端面相垂直的兩兩相對(duì)的四個(gè)側(cè)面，即所述玻璃腔體11包括如圖1及圖2中所示的第一表面111、第二表面112、第三表面113及第四表面114，其中，所述第一表面111與所述第二表面112為相對(duì)面，所述第三表面113與所述第四表面114為相對(duì)面；第一冷卻子系統(tǒng)，所述第一子冷卻系統(tǒng)位于所述玻璃腔體11相對(duì)的兩側(cè)面的兩側(cè)，如圖1所示，本實(shí)施例中，所述第一子冷卻系統(tǒng)位于所述玻璃腔體11的第一表面111一側(cè)及第二表面112一側(cè)；第二冷卻子系統(tǒng)，所述第二冷卻系統(tǒng)位于所述玻璃腔體11另外相對(duì)的兩側(cè)面的兩側(cè)，如圖2所示，本實(shí)施例中，所述第二冷卻子系統(tǒng)位于所述玻璃腔體11的第三表面113一側(cè)及第四表面114一側(cè)；所述第一冷卻子系統(tǒng)及所述第二冷卻子系統(tǒng)沿所述玻璃腔體11的長(zhǎng)度方向均依次包括三個(gè)第一冷卻區(qū)域12及一個(gè)第二冷卻區(qū)域13。

作為示例，請(qǐng)參閱圖1，位于所述玻璃腔體11第一表面111一側(cè)及第二表面112一側(cè)的所述第一冷卻區(qū)域12包括：第一二分之一玻片121、偏振分光棱鏡122、第一四分之一玻片123、第二四分之一玻片124及第一反射鏡125；所述第一二分之一玻片121位于所述玻璃腔體11的第一表面111一側(cè)，且所述第一二分之一玻片121的表面與所述玻璃腔體11的第一表面相垂直；所述偏振分光棱鏡122位于所述玻璃腔體11的第一表面111一側(cè)；所述偏振分光棱鏡122包括入口及出口，所述偏振分光棱鏡122開口與所述第一二分之一玻片121的表面相平行，所述偏振分光棱鏡122的出口與所述玻璃腔體11的第一表面111相平行；所述第一四分之一玻片123位于所述玻璃腔體11的第一表面111一側(cè)，且位于所述偏振分光棱鏡122與所述玻璃腔體11之間，所述第一四分之一玻片123的表面與所述偏振分光棱鏡122的出口相平行；第二四分之一玻片124，所述第二四分之一玻片124位于所述玻璃腔體11的第二表面112一側(cè)，且與所述第一四分之一玻片123對(duì)應(yīng)設(shè)置，所述第二四分之一玻片124的表面與所述第一四分之一玻片123的表面相平行；第一反射鏡125，所述第一反射鏡125位于所述第二四分之一玻片124遠(yuǎn)離所述玻璃腔體11的一側(cè)，所述第一反射鏡125的表面與所述第二四分之一玻片124的表面相平行。

作為示例，請(qǐng)繼續(xù)參閱圖1，位于所述玻璃腔體11第一表面111一側(cè)及第二表面112一側(cè)的所述第二冷卻區(qū)域13包括：第二反射鏡131、第三四分之一玻片132、第四四分之一玻片133及第三反射鏡134；所述第二反射鏡131位于所述玻璃腔體11的第一表面111一側(cè)，且位于三個(gè)依次排布的所述第一冷卻區(qū)域12的一側(cè)，所述第二反射鏡131的表面與所述偏振分光棱鏡122的入口具有45°夾角；所述第三四分之一玻片132位于所述玻璃腔體11的第一表面111一側(cè)，且位于所述第二反射鏡131與所述玻璃腔體11之間，所述第三四分之一玻片132的表面與所述玻璃腔體11的第一表面111相平行；所述第四四分之一玻片133位于所述玻璃腔體11的第二表面112一側(cè)，且與所述第三四分之一玻片132對(duì)應(yīng)設(shè)置，所述第四四分之一玻片133的表面與所述第三四分之一玻片132的表面相平行；所述第三反射鏡134位于所述第四四分之一玻片133遠(yuǎn)離所述玻璃腔體11的一側(cè)，所述第三反射鏡134的表面與所述第四四分之一玻片133的表面相平行。

作為示例，請(qǐng)參閱圖2，位于所述玻璃腔體11第三表面113一側(cè)及第四表面114一側(cè)的所述第一冷卻區(qū)域12包括：第一二分之一玻片121、偏振分光棱鏡122、第一四分之一玻片123、第二四分之一玻片124及第一反射鏡125；所述第一二分之一玻片121位于所述玻璃腔體11的第三表面113一側(cè)，且所述第一二分之一玻片121的表面與所述玻璃腔體11的第三表面相垂直；所述偏振分光棱鏡122位于所述玻璃腔體11的第三表面113一側(cè)；所述偏振分光棱鏡122包括入口及出口，所述偏振分光棱鏡122開口與所述第一二分之一玻片121的表面相平行，所述偏振分光棱鏡122的出口與所述玻璃腔體11的第三表面113相平行；所述第一四分之一玻片123位于所述玻璃腔體11的第三表面113一側(cè)，且位于所述偏振分光棱鏡122與所述玻璃腔體11之間，所述第一四分之一玻片123的表面與所述偏振分光棱鏡122的出口相平行；第二四分之一玻片124，所述第二四分之一玻片124位于所述玻璃腔體11的第四表面114一側(cè)，且與所述第一四分之一玻片123對(duì)應(yīng)設(shè)置，所述第二四分之一玻片124的表面與所述第一四分之一玻片123的表面相平行；第一反射鏡125，所述第一反射鏡125位于所述第二四分之一玻片124遠(yuǎn)離所述玻璃腔體11的一側(cè)，所述第一反射鏡125的表面與所述第二四分之一玻片124的表面相平行。

作為示例，請(qǐng)繼續(xù)參閱圖2，位于所述玻璃腔體11第三表面113一側(cè)及第四表面114一側(cè)的所述第二冷卻區(qū)域13包括：第二反射鏡131、第三四分之一玻片132、第四四分之一玻片133及第三反射鏡134；所述第二反射鏡131位于所述玻璃腔體11的第三表面113一側(cè)，且位于三個(gè)依次排布的所述第一冷卻區(qū)域12的一側(cè)，所述第二反射鏡131的表面與所述偏振分光棱鏡122的入口具有45°夾角；所述第三四分之一玻片132位于所述玻璃腔體11的第三表面113一側(cè)，且位于所述第二反射鏡131與所述玻璃腔體11之間，所述第三四分之一玻片132的表面與所述玻璃腔體11的第三表面113相平行；所述第四四分之一玻片133位于所述玻璃腔體11的第四表面114一側(cè)，且與所述第三四分之一玻片132對(duì)應(yīng)設(shè)置，所述第四四分之一玻片133的表面與所述第三四分之一玻片132的表面相平行；所述第三反射鏡134位于所述第四四分之一玻片133遠(yuǎn)離所述玻璃腔體11的一側(cè)，所述第三反射鏡134的表面與所述第四四分之一玻片133的表面相平行。

由于兩個(gè)相鄰的冷卻區(qū)域之間的隔縫對(duì)原子冷卻的影響非常小，本發(fā)明的光路系統(tǒng)包括多個(gè)分開的冷卻區(qū)域，所述光路系統(tǒng)使用于二維磁光阱中使不需要非常大的光學(xué)鏡片對(duì)光束進(jìn)行擴(kuò)束，極大的減小了二維磁光阱所占的空間；同時(shí)，所述光路系統(tǒng)可以使得冷卻光在整個(gè)光路系統(tǒng)中分布更加均勻。

作為示例，所述第一二分之一玻片121、所述偏振分光棱鏡122及所述第一四分之一玻片123安裝于同一鏡架上。上述設(shè)置可以極大地節(jié)約空間，且使得所述第一二分之一玻片121、所述偏振分光棱鏡122及所述第一四分之一玻片123模塊化，調(diào)節(jié)比較方便。

作為示例，請(qǐng)繼續(xù)參閱圖1及圖2，所述光路系統(tǒng)還包括：第一光纖耦合器14，所述第一光纖耦合器14位于所述玻璃腔體11設(shè)置有所述第一二分之一玻片121、所述偏振分光棱鏡122、所述第一四分之一玻片123、所述第二反射鏡131及所述第三四分之一玻片132的一側(cè)，即所述第一光纖耦合器14位于所述玻璃腔體11的第一表面111一側(cè)及第三表面114一側(cè)，且所述第一光纖耦合器14位于所述第一冷卻區(qū)域12遠(yuǎn)離所述第二冷卻區(qū)域13的一側(cè)；所述第一光纖耦合器14的輸出端的端面與所述第一二分之一玻片121的表面相平行；所述第一光纖耦合器14適于向所述第一冷卻子系統(tǒng)及所述第二冷卻子系統(tǒng)輸入冷卻光束；差分抽運(yùn)管15，所述差分抽運(yùn)管15一端經(jīng)由所述玻璃腔體11的一端面延伸至所述玻璃腔體11內(nèi)；所述差分抽運(yùn)管15延伸至所述玻璃腔體11的一端的端面為朝向所述第二四分之一玻片124及所述第一反射鏡125所在一側(cè)的45°傾斜面，即所述差分抽運(yùn)管15延伸至所述玻璃腔體11的一端的端面為朝向所述玻璃腔體11的第二表面112；第四反射鏡16，所述第四反射鏡16位于所述玻璃腔體11遠(yuǎn)離所述差分抽運(yùn)管15一端的外側(cè)，所述第四反射鏡16的表面與所述差分抽送管15延伸至所述玻璃腔體11內(nèi)的一端的端面相平行；第二光纖耦合器17，所述第二光纖耦合器17位于所述玻璃腔體11設(shè)有所述第一二分之一玻片121、所述偏振分光棱鏡122、所述第一四分之一玻片123、所述第二反射鏡131及所述第三四分之一玻片132的一側(cè)，即所述第二光纖耦合器17位于所述玻璃腔體11的第一表面111的一側(cè)；所述第二光纖耦合器17的輸出端的端面與所述第三四分之一玻片132的表面相平行；所述第二光纖耦合器17適于提供推送光，所述第二光纖耦合器17提供的推送光經(jīng)由所述第四反射鏡16反射后進(jìn)入所述玻璃腔體11，以推動(dòng)所述玻璃腔體11內(nèi)的冷卻原子束向所述差分抽運(yùn)管15運(yùn)動(dòng)；第五反射鏡18，所述第五反射鏡18位于所述玻璃腔體11設(shè)置有所述第二四分之一玻片124及所述第一反射鏡125的一側(cè)，及所述第五反射鏡18位于所述玻璃腔體11的第二表面112的一側(cè)；所述第五反射鏡18的表面與所述差分抽送管15延伸至所述玻璃腔體11內(nèi)的一端的端面相平行；第三光纖耦合器19，所述第三光纖耦合器19位于所述玻璃腔體11設(shè)置有所述第五反射鏡18的一側(cè)，即位于所述玻璃腔體11的第二表面112的一側(cè)，適于提供反推送光，所述第三光纖耦合器19提供的反推送光經(jīng)由所述第五反射鏡18之后被所述第五反射鏡18反射至所述差分抽送管15延伸至所述玻璃腔體內(nèi)的一端的端面。

需要說明的是，圖1及圖2中帶箭頭的直線分別代表冷卻光束、推送光、反推送光的路徑方向。

本發(fā)明的所述光路系統(tǒng)的工作原理為：此處以第一冷卻區(qū)域12作為示例進(jìn)行說明，首先，所述第一光纖耦合器14輸出一一定直徑的線偏振光作為冷卻光，所述第一二分之一玻片121分配每個(gè)所述冷卻區(qū)域的冷卻光的功率，調(diào)節(jié)所述第一四分之一玻片123可以改變冷卻光的偏振態(tài)；冷卻光通過所述玻璃腔體11之后，旋轉(zhuǎn)所述第二四分之一玻片124可以產(chǎn)生一組相互對(duì)射偏振方向相反的圓偏振光以對(duì)所述玻璃腔體11中的工作物質(zhì)源進(jìn)行冷卻。

實(shí)施例二

請(qǐng)參閱圖3，本發(fā)明還提供一種高通量冷原子束二維磁光阱系統(tǒng)，所述高通量冷原子束流二維磁光阱系統(tǒng)包括如實(shí)施例一種所述的光路系統(tǒng)，所述光路系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)及原理請(qǐng)參閱實(shí)施例一，此處不再累述。

作為示例，所述高通量冷原子束流二維磁光阱系統(tǒng)還包括磁場(chǎng)產(chǎn)生裝20置，所述磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置20位于所述玻璃腔體的外側(cè)，適于產(chǎn)生可調(diào)節(jié)梯度磁場(chǎng)。

作為示例，所述磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置20的數(shù)量為兩個(gè)，兩個(gè)所述磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置20位于所述第一冷卻子系統(tǒng)與所述第二冷卻子系統(tǒng)之間，且以所述玻璃腔體11的軸向中心線對(duì)稱設(shè)置。

請(qǐng)參閱圖4，所述磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置20包括：固定板201，所述固定板201表面設(shè)有若干個(gè)安裝槽2011，所述安裝槽2011的一側(cè)設(shè)有與外界連通的安裝孔(未示出)；永久磁鐵202，所述永久磁鐵202位于所述安裝槽2011內(nèi)；調(diào)節(jié)裝置203，所述調(diào)節(jié)裝置203經(jīng)由所述安裝孔安裝于所述固定板201上，適于調(diào)節(jié)各所述安裝槽2011內(nèi)的所述永久磁鐵202的位置。

作為示例，所述調(diào)節(jié)裝置203包括：擋板2031，所述擋板2031位于所述安裝槽2011內(nèi)；調(diào)節(jié)拉桿2032，所述調(diào)節(jié)拉桿2032一端經(jīng)由所述安裝孔插入所述安裝槽2011內(nèi)，且與所述擋板2031相連接，適于在外力的作用下拉動(dòng)所述擋板2032運(yùn)動(dòng)以調(diào)節(jié)所述永久磁鐵202的位置。本發(fā)明采用所述永久磁鐵202來產(chǎn)生磁場(chǎng)，可以大大降低設(shè)備的成本；同時(shí)，上述磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置20可以調(diào)節(jié)不同所述安裝槽2011內(nèi)的所述永久磁鐵202的位置，從而可以改變磁場(chǎng)梯度，有利于研究磁場(chǎng)梯度對(duì)二維磁光阱冷卻原子的影響。本發(fā)明采用上述磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置20，產(chǎn)生的磁場(chǎng)梯度，且產(chǎn)生的磁場(chǎng)的輻射距離近，不會(huì)對(duì)附近的其他設(shè)備部件產(chǎn)生干擾。使用永久磁鐵產(chǎn)生需要的梯度磁場(chǎng)，相較于現(xiàn)有技術(shù)中的使用反亥姆霍茲線圈來產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)，我們使用永久磁鐵產(chǎn)生的梯度磁場(chǎng)可以不用考慮線圈的發(fā)熱，電流的不穩(wěn)定，具有極高的性價(jià)比。

作為示例，所述高通量冷原子束流二維磁光阱系統(tǒng)還包括：工作物質(zhì)源(未示出)，所述工作物質(zhì)源位于所述玻璃腔體11內(nèi)；加熱電極21，所述加熱電極21與所述工作物質(zhì)源相連接，適于為所述工作物質(zhì)源加熱，以在所述玻璃腔體11內(nèi)形成所述工作物質(zhì)源的原子蒸汽；波紋管22，所述波紋管22與所述玻璃腔體11內(nèi)部相連通，所述工作物質(zhì)源的原子蒸汽被所述光路系統(tǒng)中的所述第一冷卻子系統(tǒng)及所述第二冷卻子系統(tǒng)冷卻成冷原子束流后在推送光的推送下經(jīng)由所述波紋管22被引出。

本發(fā)明的高通量冷原子束流二維磁光阱系統(tǒng)的工作原理為：使用所述加熱電極21對(duì)工作物質(zhì)源(譬如銣絲)進(jìn)行加熱，使得工作物質(zhì)源蒸發(fā)在所述玻璃腔體11內(nèi)形成原子蒸汽；使用實(shí)施例一中所述光路系統(tǒng)中的第一冷卻系統(tǒng)及第二冷卻系統(tǒng)對(duì)原子蒸汽進(jìn)行冷去，使得原子蒸汽被冷卻為直線狀的冷原子束流；使用所述第一光纖耦合器14產(chǎn)生的推送光推送所述冷卻原子束流依次進(jìn)入所述差分抽運(yùn)管15及所述波紋管22，然后進(jìn)入到用于觀察的六通(未示出)處，即可使用相關(guān)設(shè)備(譬如相機(jī)等)觀察所述冷原子束流中被冷卻的工作物質(zhì)源的原子，譬如，可以觀察工作物質(zhì)源在冷卻后的發(fā)散角、原子數(shù)、溫度等參數(shù)。

本發(fā)明的高通量冷原子束流二維磁光阱系統(tǒng)具有模塊緊湊、體積較?。焕鋮s原子束的通量大、密度大，可以得到6*10⁹atoms/s；冷卻的原子溫度低，低于1mK；冷卻原子的發(fā)散角小(約為26mrad)、速度分布帶寬窄等優(yōu)點(diǎn)。

綜上所述，本發(fā)明的光路系統(tǒng)及高通量冷原子束流二維磁光阱系統(tǒng)，所述光路系統(tǒng)包括：玻璃腔體，所述玻璃腔體包括與其端面相垂直的兩兩相對(duì)的四個(gè)側(cè)面；第一冷卻子系統(tǒng)，位于所述玻璃腔體相對(duì)的兩側(cè)面的兩側(cè)；第二冷卻子系統(tǒng)，位于所述玻璃腔體另外相對(duì)的兩側(cè)面的兩側(cè)；所述第一冷卻子系統(tǒng)及所述第二冷卻子系統(tǒng)沿所述玻璃腔體的長(zhǎng)度方向均依次包括三個(gè)第一冷卻區(qū)域及一個(gè)第二冷卻區(qū)域。本發(fā)明的光路系統(tǒng)包括多個(gè)分開的冷卻區(qū)域，所述光路系統(tǒng)使用于二維磁光阱中使不需要非常大的光學(xué)鏡片對(duì)光束進(jìn)行擴(kuò)束，極大的減小了二維磁光阱所占的空間；同時(shí)，所述光路系統(tǒng)可以使得冷卻光在整個(gè)光路系統(tǒng)中分布更加均勻。本發(fā)明的高通量冷原子束流二維磁光阱系統(tǒng)具有模塊緊湊、體積較小、冷卻原子束的通量大、發(fā)散角小、速度分布帶寬窄等優(yōu)點(diǎn)。

上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。