專利名稱：冷卻原子的柱形腔裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及頻標的原子冷卻裝置，特別是一種用于原子冷卻的冷卻原子的柱形腔裝置，該裝置的冷原子在軸向分布均勻且密度大。
背景技術：
頻標系統中傳統的積分球技術冷卻原子，通常為在石英所制球形腔外壁噴涂漫反射涂料，根據實際情況通過三通或四通等過渡器件與真空系統和原子源相連接好后，開啟真空泵，先將系統抽到高真空，然后釋放原子源，此時真空系統內充滿原子并在真空泵的維持下處于高真空環境。冷卻光與抽運光分成幾束通過球形腔開孔注入腔內。將冷卻光與抽運光開啟一段時間后同時關閉，即可在積分球內探測到冷原子。傳統的石英結構的積分球產生冷原子具有簡單易調節體積小的特點，但從現象來 看，球形腔內產生的冷原子在豎直方向密度小，且球心上的冷原子密度小于其它地方冷原子密度，在軸線上冷原子密度分布不均勻，不利于冷原子鐘等工作，且石英結構比較脆弱，不適合惡劣環境使用，抗震能力差，可靠性低。
發明內容
本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種冷卻原子的柱形腔裝置，該柱形腔冷卻裝置具有傳統積分球冷卻簡單、易調節、體積小的優點，又有在豎直方向冷原子密度大且分布均勻、穩定性好和可靠性高的特點。本發明的技術解決方案如下
一種冷卻原子的柱形腔裝置，特點在于其構成包括一個密封的圓筒形腔，在該圓筒形腔的底面中央具有一個通孔，該圓筒形腔經該通孔向外固定一個連接管，在所述的通孔的四周中心對稱地設有四個通光窗口，每個窗口都供冷卻光和抽運光光束輸入，所述的連接管通過一個三通或四通等過渡器件分別與真空系統和原子源連接。所述的圓筒形腔由石英制成，在外壁噴涂漫反射率大于98%的漫反射涂料，靠冷卻光在圓筒形腔內形成的漫反射光場冷卻原子，此種方案易于實現，成本低，適合于實驗。所述的圓筒形腔由金屬制成，內壁拋光成鏡面，依靠鏡面內壁形成的反射光場冷卻原子，且金屬腔同時能兼具微波腔的作用利于冷原子鐘等工作的集成化，此種方案有利于提高裝置的抗震性與可靠性，適合于實際應用。所述的連接管的內徑為5 20mm，連接管內徑過小不利于原子源的擴散，內徑過大則引起的光損耗過多，不利于冷原子產生。所述的四個通光窗口的中心與所述的圓筒形腔的中心之間的距離為所述的圓筒形腔半徑的O. 2 O. 8倍；所述的四個通光窗口的直徑為2 5mm，在滿足探測光和冷卻光注入的條件下盡可能小。所述的四個冷卻光與抽運光光束的光功率的偏差小于10%,可以通過多模光纖或直接注入等方法注入到腔內，方式靈活。
本發明的特點和技術效果如下
圓筒形腔代替傳統的球形腔，使冷卻光在腔內的光場分布不同，從而改變了冷原子在腔內的密度分布，提高了原子在圓筒形腔的軸線上的密度及均勻性；
本發明金屬腔方案，提高了裝置的抗震性，可靠性有了保證。
圖I是本發明冷卻原子的柱形腔裝置的前視圖。圖2是本發明圓筒形腔的仰視圖。
具體實施方式
下面結合實例和附圖對本發明作進一步說明，但不應以此限制本發明的保護范圍。先請參閱圖1、2。圖I是本發明冷卻原子的柱形腔裝置的前視圖。圖2是圓筒形腔的下視圖。其中I為圓筒形腔，2為連接管，31、32、33、34為在圓筒形腔上開的通光窗口，
41、42、43、44為冷卻光與抽運光光束。由圖可見，本發明冷卻原子的柱形腔裝置，構成包括一個密封的圓筒形腔1，在該圓筒形腔的底面中央具有一個通孔，該圓筒形腔經該通孔向外固定一個連接管2，在所述的通孔的四周中心對稱地設有四個通光窗口 31，32，33，34，每個窗口都供冷卻光和抽運光光束41，42，43，44輸入，所述的連接管2通過一個三通或四通等過渡器件分別與真空系統和原子源連接(圖中未示)。所述的圓筒形腔I由石英制成，在外壁噴涂漫反射率大于98%的漫反射涂料，靠冷卻光在圓筒形腔I內形成的漫反射光場冷卻原子，此種方案易于實現，成本低，適合于實驗。所述的圓筒形腔I由金屬制成，內壁拋光成鏡面，依靠鏡面內壁形成的反射光場冷卻原子，且金屬腔同時能兼具微波腔的作用利于冷原子鐘等工作的集成化，此種方案有利于提高裝置的抗震性與可靠性，適合于實際應用。所述的連接管2其內徑為5 20mm，連接管內徑過小不利于原子源的擴散，內徑過大則引起的光損耗過多，不利于冷原子產生。所述的四個通光窗口 31，32，33，34的中心與所述的圓筒形腔I的中心之間的距離為所述的圓筒形腔I半徑的O. 2 O. 8倍；所述的四個通光窗口的直徑為2 5mm,在滿足探測光和冷卻光注入的條件下盡可能小。所述的四個冷卻光與抽運光光束41，42，43，44的光功率的偏差小于10%，可以通過多模光纖或直接注入等方法注入到腔內，方式靈活。本發明冷卻原子的柱形腔裝置的使用方法是
先通過連接管2連接真空系統與原子源(用于冷卻的原子)，使圓筒形腔I內真空維持在10_7Pa量級的同時，在圓筒形腔I內充滿源的原子蒸汽，然后通過窗口 31，32，33，34將冷卻光與抽運光光束41,42,43,44注入圓筒形腔I并持續一段時間后，可在圓筒形腔I內形成冷原子，通過本裝置產生的冷原子在圓筒形腔I軸線上的冷原子密度大且在軸線上分布均勻。實驗表明，本發明冷卻原子的柱形腔裝置結構簡單，操作方便，具有傳統積分球冷卻簡單、易調節、體積小的優點，又具有在圓筒形腔I的軸線上的冷 原子密度高且分布均勻的特點。
權利要求
1.一種冷卻原子的柱形腔裝置，特征在于其構成包括一個密封的圓筒形腔，在該圓筒形腔的底面中央具有一個通孔，該圓筒形腔經該通孔向外固定一個連接管，在所述的通孔的四周中心對稱地設有四個通光窗口，每個窗口都供冷卻光和抽運光光束輸入，所述的連接管通過一個三通或四通等過渡器件分別與真空系統和原子源連接。
2.根據權利要求I所述的冷卻原子的柱形腔裝置，其特征在于所述的圓筒形腔由石英制成，在外壁噴涂漫反射率大于98%的漫反射涂料。
3.根據權利要求I所述的冷卻原子的柱形腔裝置，其特征在于所述的圓筒形腔由金屬制成，內壁拋光成鏡面。
4.根據權利要求I所述的冷卻原子的柱形腔裝置，其特征在于所述的連接管其內徑為5 20mmo
5.根據權利要求I所述的冷卻原子的柱形腔裝置，其特征在于所述的四個通光窗口的中心與所述的圓筒形腔的中心之間的距離為所述的圓筒形腔半徑的O. 2 O. 8倍；所述的 四個通光窗口的直徑為2 5mm。
6.根據權利要求I所述的冷卻原子的柱形腔裝置，其特征在于所述的四個冷卻光與抽運光光束的光功率的偏差小于10%。
全文摘要
一種冷卻原子的柱形腔裝置，構成包括一個密封的圓筒形腔，在該圓筒形腔的底面中央具有一個通孔，該圓筒形腔經該通孔向外固定一個連接管，在所述的通孔的四周中心對稱地設有四個通光窗口，每個窗口都供冷卻光和抽運光光束輸入，所述的連接管通過一個三通或四通等過渡器件分別與真空系統和原子源連接。本發明冷卻原子的柱形腔裝置結構簡單，操作方便，具有傳統積分球冷卻簡單、易調節、體積小的優點，又具有在圓筒形腔1的軸線上的冷原子密度高且分布均勻的特點。
文檔編號H03L7/26GK102868400SQ20121034384
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月18日 優先權日2012年9月18日
發明者孟艷玲, 成華東, 鄭本昌, 肖玲, 劉亮 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所