一种基于冷原子产生暗磁光阱的系统及方法与流程

技术特征：
1.一种基于冷原子产生暗磁光阱的系统，其特征在于，包括：玻璃真空腔，用于冷却囚禁原子以产生冷原子团；反亥姆霍兹线圈组件，用于产生磁光阱的磁场，磁光阱的磁场用于原子的囚禁；其包括z轴上的一对反亥姆霍兹线圈，分别为第一反亥姆霍兹线圈和第二反亥姆霍兹线圈，第一反亥姆霍兹线圈设置于玻璃真空腔上方，第二反亥姆霍兹线圈设置于玻璃真空腔下方；z轴正负方向的反亥姆霍兹线圈通有相反的电流，反亥姆霍兹线圈组件的中心点的磁场大小为零，向四周磁场大小会增加；激光器组件，用于产生冷却光、回泵光以及两束光位移光，两束光位移光分别为第一光位移光和第二光位移光；将冷却光和回泵光进行合束，再将冷却光和回泵光合束后的光分成六束合束光，分别为第一合束光、第二合束光、第三合束光、第四合束光、第五合束光和第六合束光，将六束合束光和两束光位移光照射至玻璃真空腔内的冷原子团上，第一合束光和第四合束光在一条直线上，第二合束光和第五合束光在一条直线上，第三合束光和第六合束光在一条直线上；三对相反圆偏振相向传播的冷却光，形成两两相互垂直的光束结构，形成光学粘团，对原子起到冷却、陷俘的作用。2.根据权利要求1所述的基于冷原子产生暗磁光阱的系统，其特征在于，所述激光器组件包括产生光位移光的激光器单元、产生回泵光的激光器单元以及产生冷却光的激光器单元；所述产生光位移光的激光器单元包括沿光路依次设置的第一激光器、第一半波片、第一偏振分光棱镜、第一凸透镜、第一反射镜、第二反射镜、第二凸透镜、第一声光调制器、第三凸透镜、第四凸透镜、第二半波片、第二偏振分光棱镜和第五凸透镜；还包括依次设置在所述第二偏振分光棱镜s偏光光路上的第三反射镜和第六凸透镜；第一凸透镜设置于第一偏振分光棱镜p偏光的光路上；第五凸透镜出射第一光位移光，第六凸透镜出射第二光位移光；所述产生回泵光的激光器单元包括沿光路依次设置的第二激光器、第三半波片、第三偏振分光棱镜、第四半波片、第四偏振分光棱镜、第七凸透镜、第八凸透镜、第四反射镜、第五反射镜、第二声光调制器、第九凸透镜、第十凸透镜、第十一凸透镜、第六反射镜和第七反射镜；还包括设置在所述第二声光调制器另一光路的第一挡光板；第四半波片设置于第三偏振分光棱镜p偏光的光路上，第七凸透镜设置于第四偏振分光棱镜p偏光的光路上；第七反射镜出射回泵光；所述产生冷却光的激光器单元包括沿光路依次设置的第三激光器、第五半波片、第五偏振分光棱镜、第六半波片、第六偏振分光棱镜、第十二凸透镜、第十三凸透镜、第八反射镜、第九反射镜、第三声光调制器、第八半波片、第十四凸透镜和第十反射镜；还包括依次设置于第六偏振分光棱镜s偏光光路上的第七半波片和第七偏振分光棱镜；还包括设置于第十四凸透镜另一光路的第二挡光板，第六半波片设置于第五偏振分光棱镜p偏光的光路上；第七偏振分光棱镜s偏光为出射的冷却光。3.根据权利要求1所述的基于冷原子产生暗磁光阱的系统，其特征在于，利用偏振分束器和二分之一波片将冷却光和回泵光合束后的光分成六束合束光。4.根据权利要求1所述的基于冷原子产生暗磁光阱的系统，其特征在于，所述激光器组件产生的冷却光波长为780nm，回泵光波长为780nm，产生暗磁光阱效果的两束光位移光波
长为1064nm。5.根据权利要求1所述的基于冷原子产生暗磁光阱的系统，其特征在于，所述冷原子为铷87冷原子。6.一种基于冷原子产生暗磁光阱的方法，应用于权利要求1
‑
5所述的基于冷原子产生暗磁光阱的系统，其特征在于，该方法包括：首先打开反亥姆霍兹线圈组件、冷却光和回泵光，让它们处于工作状态，这时就形成了磁光阱；n ms之后，由于压缩磁光阱需要光的配合，调节冷却光的光强和失谐以及反亥姆霍兹线圈组件，同时打开两束光位移光，将两束光位移光作用于冷原子团上，使得冷原子的基态能级f＝1和激发态能级f
′
＝2发生光位移，使回泵光与能级之间发生失谐，产生了暗磁光阱的效果，能提高原子数密度。7.根据权利要求6所述的基于冷原子产生暗磁光阱的方法，其特征在于，所述基于冷原子产生暗磁光阱的方法还包括：计算在没有光位移光作用下冷却光的跃迁概率β
c
、在没有光位移光作用下回泵光的跃迁概率β
re
、存在光位移光作用下冷却光的跃迁概率β
c
′
以及存在光位移光作用下回泵光的跃迁概率β
re
′
；计算冷原子在没有光位移光作用跃迁概率比以及冷原子存在光位移光作用下跃迁概率比假定光位移光引入的光位移可调，b1/b比值最大时，产生暗磁光阱的效果最好。8.根据权利要求7所述的基于冷原子产生暗磁光阱的方法，其特征在于，计算冷原子在没有光位移光作用跃迁概率比以及冷原子存在光位移光作用下跃迁概率比具体如下：跃迁概率：其中：τ＝6
×
106hz为激发态线宽，δ是失谐量，ω是拉比频率；由于光位移光的存在，使得冷原子的基态能级和激发态能级产生ac—stark效应，冷却光失谐变小，回泵光失谐变大：δ
′
c
＝δ
c
‑
ηδ
ac
，δ
′
re
＝δ
re
‑
δ
ac
，δ
′
c
为加入光位移光后冷却光的失谐量，δ
c
为没有加入光位移光冷却光的失谐量，冷却光的失谐δ
c
＝18mhz，δ
′
re
为加入光位移光后回泵光的失谐量，δ
re
为没有加入光位移光回泵光的失谐量，回泵光的失谐δ
re
＝0，δ
ac
为光位移光引起的光位移的大小，η为系数；冷原子在没有光位移光作用和存在光位移光作用下跃迁概率比：
其中，β
c
为在没有光位移光作用下冷却光的跃迁概率，β
re
为在没有光位移光作用下回泵光的跃迁概率，β
c
′
为存在光位移光作用下冷却光的跃迁概率，β
re
′
为存在光位移光作用下回泵光的跃迁概率，ω
c
＝14.5778
×
106hz，ω
re
＝6.199
×
106hz。9.根据权利要求6所述的基于冷原子产生暗磁光阱的方法，其特征在于，n＝200ms。

技术总结
本发明公开了一种基于冷原子产生暗磁光阱的系统及方法，能提高原子团密度，涉及冷原子技术领域，本发明产生暗磁光阱的基本工作原理是：在实现常规的磁光阱后，将两束光作用于原子团上，使得铷87原子的基态能级和激发态能级产生AC—Stark效应，使回泵光与能级之间因光位移而存在失谐，降低回泵光抽运效果，提高冷却光抽运效果，这样经过冷却落入暗态的原子不再与回泵光相互作用，进而抑制光辅助碰撞和自发辐射压力，从而提高原子团密度，起到暗磁光阱的效果。该方法可推广到二维磁光阱，三维磁光阱，并与光阱配合使用。并与光阱配合使用。并与光阱配合使用。


技术研发人员：陈林清 吕庆先 梁家豪 刘鸿志 杜炎雄
受保护的技术使用者：华南师范大学
技术研发日：2021.06.16
技术公布日：2021/10/8