下落式冷原子装置及其工作方法与流程

技术特征：
1.一种下落式冷原子装置，其特征在于，包括：包括光栅磁光阱和真空组件；所述光栅磁光阱包括光栅芯片(1)、分别设于所述光栅芯片(1)进光侧和背光侧的一对反亥姆霍兹线圈(4)、设于背光侧的所述反亥姆霍兹线圈(4)远离所述光栅芯片(1)一侧的四分之一波片(7)、设于所述四分之一波片(7)远离所述光栅芯片(1)一侧的冷却光反光镜(6)、以及射向所述冷却光反光镜(6)的冷却光扩束(5)和冷却光光纤(3)；所述真空组件设于背光侧的所述反亥姆霍兹线圈(4)与所述光栅芯片(1)之间，所述真空组件包括真空导管(20)和真空腔室(8)，所述真空导管(20)上设置有吸气剂(10)。2.根据权利要求1所述的下落式冷原子装置，其特征在于，所述下落式冷原子装置还包括原子作用组件；所述原子作用组件包括射向所述真空腔室(8)内的共振光扩束(11)和共振光光纤(12)、设于所述真空腔室(8)远离所述共振光扩束(11)一侧的图像传感器(14)、设于所述真空腔室(8)上侧面的驻光波第一反光镜(13)、射向所述驻光波第一反光镜(13)的驻光波扩束(16)和驻光波光纤(18)以及设于所述真空腔室(8)下侧面的驻光波第二反光镜(15)。3.根据权利要求2所述的下落式冷原子装置，其特征在于，所述下落式冷原子装置还包括探测组件；所述探测组件位于所述真空腔室(8)的一侧，且所述探测组件与所述光栅磁光阱位于同一侧，所述探测组件包括射向所述真空腔室(8)的探测光扩束(22)和探测光光纤(19)，所述探测组件还包括设于所述真空腔室(8)远离所述真空导管(20)一侧的荧光探测器(26)和设于与四分之一波片(7)同一侧的探测光反光镜(21)。4.根据权利要求3所述的下落式冷原子装置，其特征在于，所述下落式冷原子装置还包括原子源(2)；所述原子源(2)设于所述真空腔室(8)远离所述真空导管(20)的一侧。5.根据权利要求4所述的下落式冷原子装置，其特征在于，所述下落式冷原子装置还包括磁屏蔽组件；所述磁屏蔽组件包括罩设于所述反亥姆霍兹线圈(4)外围的第一磁屏蔽筒(23)和第二磁屏蔽筒(24)以及罩设于所述原子源(2)的第三磁屏蔽筒(25)。6.根据权利要求5所述的下落式冷原子装置，其特征在于，所述第一磁屏蔽筒(23)、所述第二磁屏蔽筒(24)和所述第三磁屏蔽筒(25)的上下侧面均含有圆柱型且可拆卸连接的端盖，所述第一磁屏蔽筒(23)和所述第二磁屏蔽筒(24)的侧面设有激光馈入、馈出、以及观察窗口的通光孔；所述第一磁屏蔽筒(23)内设有一对亥姆霍兹线圈(17)，且一对所述亥姆霍兹线圈(17)分别位于所述真空腔室(8)的上下侧面，所述亥姆霍兹线圈(17)由螺线管线圈制成，产生均匀磁场。7.根据权利要求5所述的下落式冷原子装置，其特征在于，所述光栅芯片(1)设置为硅基镀金，所述光栅芯片(1)上刻有衍射凹槽；所述真空腔室(8)设置为钛金属材料，所述真空腔室(8)的通光口与观测窗口均设置有蓝宝石玻璃；所述蓝宝石玻璃为材料的窗口均增涂增透膜；所述真空腔室(8)的真空度维持在10-7
pa～10-9
pa；
所述反亥姆霍兹线圈(4)为圆柱型线圈，可为原子冷却提供所需梯度磁场；所述冷却光光纤(3)输出的冷却光设置为泵浦光和再泵浦光。8.根据权利要求7所述的下落式冷原子装置，其特征在于，所述驻光波为所述下落式冷原子装置应用于原子干涉仪时完成原子选态和相互作用过程的相向光。9.根据权利要求2所述的下落式冷原子装置，其特征在于，所述图像传感器(14)为电荷耦合器件相机，用于对原子团实时监视和配合共振光完成对原子数的检测。10.一种基于如权利要求1-9任一项所述的下落式冷原子装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：打开冷却光和反亥姆霍兹线圈(4)，冷却光垂直照射光栅芯片(1)，经光栅芯片(1)衍射后的衍射光与入射光汇聚，在汇聚处俘获并冷却原子源(2)注入的原子；通过控制冷却光参数完成原子的亚多普勒冷却；亚多普勒冷却后，关闭冷却光与反亥姆霍兹线圈(4)，打开亥姆霍兹线圈(17)、共振光、驻光波完成与冷原子的作用；激光与冷原子作用后，打开探测光对冷原子进行荧光采集。

技术总结
本发明提供了一种下落式冷原子装置及其工作方法，涉及量子精密测量技术领域，使用通过冷却光光纤输出冷却光，经过冷却光反光镜改变光传播方向，在经过一个四分之一波片改变光的偏振方向，之后垂直照射光栅芯片，光栅芯片会产生三束或者四束衍射光，产生的衍射光与入射光重叠的部分配合一对反亥姆霍兹线圈完成对原子的冷却，采用光栅磁光阱结构，减少波片和反射镜的使用数量，有效减少装置整体体积，并且在真空导管上设置吸气剂，使用吸气剂代替离子泵，体积更小，缓解了现有的磁光阱结构复杂，体积较大，无法满足装置小型化的要求，并且本发明原子因重力作用进行自由下落的运动方式，可应用到下落式原子钟、原子重力仪等量子频标和精密测量系统。频标和精密测量系统。频标和精密测量系统。


技术研发人员：于治龙 刘小赤 段俊毅 屈继峰
受保护的技术使用者：中国计量科学研究院
技术研发日：2022.09.22
技术公布日：2022/11/25