一种磁光阱的整机装置的制作方法

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一种磁光阱的整机装置
【技术领域】
1.本实用新型涉及磁光阱技术领域，特别是涉及一种磁光阱的整机装置。

背景技术：

2.磁光阱(magneto-optical trap，简称mot)，也叫塞曼位移光阱。是利用磁场和激光的散射力组合而成的一种势阱。1987年，bell实验室与mit合作，实现了第一个囚禁钠原子的磁光阱。其基本原理为：三对相对且对与对之间互相垂直的激光束，交汇于装有待囚禁样品的真空气室的中心。每对激光束分别是由偏振方向相反的圆偏振光组成。气室外有一对反亥姆霍兹线圈，产生大小与坐标位置有关的非均匀磁场，坐标中心处，磁场为零。在磁场的作用下，真空气室中的待囚禁原子的能级就会发生塞曼分裂现象，能级分裂程度与坐标位置有关。激光频率调谐到略低于原子的跃迁频率。根据选择定则和多普勒效应，囚禁激光就可以对真空气室中的待囚禁原子在三维方向上产生线性恢复力，从而使原子得到囚禁。
3.传统的mot实验系统体积大，结构分散，需要数平方米的实验空间，无法实现方便携带和移动的功能。鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题是传统的mot实验系统体积大，结构分散，需要数平方米的实验空间，无法实现方便携带和移动的功能。
5.本实用新型采用如下技术方案：
6.本实用新型提供了一种磁光阱的整机装置，包括支撑组件、一对反亥姆霍兹线圈、原子发生器、玻璃真空腔室和抽真空组件；
7.所述支撑组件包括支撑台面，所述支撑台面上方用于设置形成第一光路的相关光学器件、第二光路的相关光学器件和第三光路的第二部分光学器件，所述支撑台面下方用于设置形成第三光路的第一部分光学器件；
8.入射光通过第一光路、第二光路和第三光路的光学器件，形成相互垂直且交于一点的第一对相对传输光、第二对相对传输光和第三对相对传输光，其中，所述第一对相对传输光、第二对相对传输光和第三对相对传输光的交点位于玻璃真空腔室内；
9.所述一对反亥姆霍兹线圈经由支撑组件分别设置在所述玻璃真空腔室的两侧，所述抽真空组件与所述玻璃真空腔室气密耦合，以便于通过抽真空组件将所述原子发生器释放的原子扩散至所述玻璃真空腔室内。
10.优选的，还包括底板、激光发射器和摄像组件；
11.所述激光发射器和支撑组件设置在底板上，所述抽真空组件设置在所述支撑组件上；
12.所述摄像组件设在所述支撑台面上，所述摄像组件的镜头正对所述玻璃真空腔室中第一对相对传输光、第二对相对传输光和第三对相对传输光的交点处。
13.优选的，所述支撑台面上方用于设置形成第一光路的相关光学器件和第二光路的相关光学器件，具体包括：
14.通过支撑台面上的第一偏振分光棱镜将入射光按照第一预设比例分光得到第一透射光和第一反射光；
15.所述第一透射光沿着原始光路传输至支撑台面上的第二偏振分光棱镜时按照第二预设比例分光得到第二透射光和第二反射光；
16.所述第二透射光沿着原始光路传输至支撑台面上玻璃真空腔室后传输至支撑台面上的第一全反射镜，在第一光路上形成第一对相对传输光；
17.所述第二反射光依次传输至支撑台面上的第三反射镜、第四反射镜和玻璃真空腔室后传输至第二全反射镜，在第二光路上形成第二对相对传输光。
18.优选的，所述支撑台面上方用于设置形成第三光路的第二部分光学器件，所述支撑台面下方设置有用于设置形成第三光路的第一部分光学器件，具体包括：
19.还包括支撑柱和环形固定架，所述环形固定架竖直设置在所述支撑台面下方，用于放置形成第三光路的第一部分光学器件；所述支撑柱设置在所述支撑台面的上方，用于放置形成第三光路的第二部分光学器件；
20.所述第一反射光依次传输至设置在第一偏振分光棱镜下方的环形固定架上的第一反射镜和位于玻璃真空腔室正下方的环形固定架上的第二反射镜；
21.以及位于玻璃真空腔室正上方的支撑柱上的第三全反射镜后，在第三光路上形成第三对相对传输光。
22.优选的，所述支撑台面上还设置有光适配口，所述激光发射器与所述光适配口耦合。
23.优选的，所述支撑台面上还设置有多个波片，具体包括：
24.所述光适配口与第一偏振分光棱镜之间设置有第一二分之一波片；所述第一偏振分光棱镜与第二偏振分光棱镜之间设置有第二二分之一波片；所述第二偏振分光棱镜的透传出光面与玻璃真空腔室之间设置有第一四分之一波片；与所述第一四分之一波片相对，在所述玻璃真空腔室的另一侧依次设置有第二四分之一波片和第一全反射镜；
25.在直线穿过所述玻璃真空腔室的第二光路上，依次设置有第三四分之一波片、第四四分之一波片和第二全反射镜；其中，所述玻璃真空腔室位于所述第三四分之一波片和第四四分之一波片之间；
26.在直线穿过所述玻璃真空腔室的第三光路上，依次设置有固定在环形固定架上的第五四分之一波片、设置在支撑柱上的第六四分之一波片和第三全反射镜；其中，所述玻璃真空腔室位于所述第五四分之一波片和第六四分之一波片之间。
27.优选的，所述支撑柱为倒l型结构，或者为斜柱结构；
28.以便于使得所述支撑柱靠近支撑台面部分预留出足够的空间，用于放置上反亥姆霍兹线圈，以及支撑柱靠近顶部部分能设置体积更小的第六四分之一波片和第三全反射镜同时，保证第六四分之一波片和第三全反射镜的工作区域与交点相对。
29.优选的，所述激光发射器发射包含两种波长的入射光；
30.所述入射光中的第一波长光用于对原子发生器产生的，抵达所述玻璃真空腔室的原子进行冷却；
31.所述入射光中的第二波长光用于形成循环跃迁，以保证原子与激光进行连续相互作用而实现冷却过程。
32.优选的，所述原子为碱金属或者碱土金属原子时，所述原子为碱金属或者碱土金属原子时，所述两种波长的入射光中心波长分别与玻璃真空腔室内的原子进行冷却和实现原子循环跃迁所需的两种激光的波长一致。
33.优选的，所述抽真空组件包括第一腔体，具体包括：
34.所述第一腔体为四通结构；所述第一腔体的一通口通过第一法兰盘与金属管的一端连接，所述金属管的另一端与玻璃真空腔室连接；
35.所述第一腔体的二通口与铜管连接；第一腔体的三通口与第二法兰盘连接，所述第二法兰盘上设置原子发生器；第一腔体的四通口与第二腔体耦合。
36.本实用新型提供种桌面磁光阱，集成了光源、真空系统、磁场线圈、控制电路和光学系统，实现了轻量型、桌面化、可便携的商用科研和教学的mot，提供了紧凑型超高真空结构，简洁、稳定的光路系统。
【附图说明】
37.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1是本实用新型实施例提供的一种磁光阱的整机装置示意图；
39.图2是本实用新型实施例提供的一种磁光阱的整机装置中光器件结构示意图；
40.图3是本实用新型实施例提供的一种磁光阱的整机装置中光器件结构示意图；
41.图4是本实用新型实施例提供的一种磁光阱的整机装置中光器件结构示意图；
42.图5是本实用新型实施例提供的一种磁光阱的整机装置中光器件结构示意图；
43.图6是本实用新型实施例提供的一种磁光阱的整机装置中支撑柱结构示意图；
44.图7是本实用新型实施例提供的一种磁光阱的整机装置中支撑柱结构示意图；
45.图8是本实用新型实施例提供的一种磁光阱的整机装置中环形固定架结构示意图；
46.图9是本实用新型实施例提供的一种磁光阱的整机装置中玻璃真空腔室结构示意图；
47.图10是本实用新型实施例提供的一种磁光阱的整机装置中摄像组件结构示意图；
48.图11是本实用新型实施例提供的一种磁光阱的整机装置中激光发射器布局结构示意图；
49.图12是本实用新型实施例提供的一种磁光阱的整机装置中第一腔体结构示意图；
50.图13是本实用新型实施例提供的一种磁光阱的整机装置中第二腔体结构示意图；
51.图14是本实用新型实施例提供的一种磁光阱的整机装置中反亥姆霍兹线圈关联结构示意图；
52.图15是本实用新型实施例提供的一种磁光阱的整机装置中反亥姆霍兹线圈关联结构示意图；
53.图16是本实用新型实施例提供的一种磁光阱的整机装置中反亥姆霍兹线圈关联结构示意图；
54.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
55.1-支撑组件；101-支撑台面；102-支撑柱；103-环形固定架；2-一对反亥姆霍兹线圈；201-上反亥姆霍兹线圈；202-下反亥姆霍兹线圈；3-原子发生器；4-玻璃真空腔室；5-抽真空组件；501-第一腔体；6-底板；7-激光发射器；701-1号激光发射器；702-2号激光发射器；8-摄像组件；9-第一偏振分光棱镜；10-第二偏振分光棱镜；11-第一全反射镜；12-第三反射镜；13-第四反射镜；14-第二全反射镜；15-第一反射镜；16-第二反射镜；17-第三全反射镜；18-光适配口；19-第一二分之一波片；20-第二二分之一波片；21-第一四分之一波片；22-第二四分之一波片；23-第三四分之一波片；24-第四四分之一波片；25-第五四分之一波片；26-第六四分之一波片；27-第一法兰盘；28-金属管；29-铜管；30-第二法兰盘；31-第二腔体；32-光学器件；33-铜丝；34-第二支撑台；35-线圈架；36-侧板；37-第一圆孔；38-第一腰圆孔；39-第二圆孔；40-第二腰圆孔。
【具体实施方式】
56.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
57.在本实用新型的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本实用新型的限制。
58.此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
59.实施例1:
60.本实用新型实施例1提供了一种磁光阱的整机装置，如图1-图3所示，包括支撑组件1、一对反亥姆霍兹线圈2、原子发生器3、玻璃真空腔室4和抽真空组件5；
61.所述支撑组件1包括支撑台面101，所述支撑台面101上方用于设置形成第一光路的相关光学器件32、第二光路的相关光学器件32和第三光路的第二部分光学器件32，所述支撑台面101下方用于设置形成第三光路的第一部分光学器件；
62.入射光通过第一光路、第二光路和第三光路的光学器件32，形成相互垂直且交于一点的第一对相对传输光、第二对相对传输光和第三对相对传输光，其中，所述第一对相对传输光、第二对相对传输光和第三对相对传输光的交点位于玻璃真空腔室4内；
63.所述一对反亥姆霍兹线圈2经由支撑组件1分别设置在所述玻璃真空腔室4的两侧，所述抽真空组件5与所述玻璃真空腔室4气密耦合，以便于通过抽真空组件5将所述原子发生器3释放的原子扩散至所述玻璃真空腔室4内。
64.本实用新型提供了一套光路结构，提高了整体的磁光阱的整机装置的集成度，并且，在实现过程中，相应的光学器件32、一对反亥姆霍兹线圈2、玻璃真空腔室4、原子发生器3和抽真空组件5与支撑组件1之间均可以采用可拆卸组合，使得整机的使用更为的便捷，提
供了紧凑型超高真空结构，简洁、稳定的光路系统。除此之外，本实用新型实施例还包括底板6、激光发射器7和摄像组件8；所述激光发射器7和支撑组件1设置在底板6上，所述抽真空组件5设置在所述支撑组件1上；所述摄像组件8设在所述支撑台面101上，所述摄像组件8的镜头正对所述玻璃真空腔室4中第一对相对传输光、第二对相对传输光和第三对相对传输光的交点处。本实用新型实施例的支撑组件1、激光发射器7与底板6之间同样可以采用可拆卸组合，使得结构更加紧凑。
65.在实施例1方案中已经提供了各主体模块单元的组合关系结构之后，为了能够更准确的表达相应三条光路与支撑台面101之间的位置结构关系，结合本实用新型实施例1还存在一种更为实例化的光路结构，如图2和图3所示，激光发射器7通过设置在所述支撑台面101的光适配口18，与光学器件耦合；其中，激光发射器7与光适配口18之间可以是通过光纤联通的方式实现，也可以是采用光波导的形式完成激光发射器7和光适配口18之间的传输通路耦合。
66.支撑台面101上方用于设置形成第一光路的相关光学器件32和第二光路的相关光学器件32，具体包括：通过支撑台面101上的第一偏振分光棱镜9将入射光按照第一预设比例分光得到第一透射光和第一反射光；所述第一透射光沿着原始光路传输至支撑台面101上的第二偏振分光棱镜10时按照第二预设比例分光得到第二透射光和第二反射光；所述第二透射光沿着原始光路传输至支撑台面101上玻璃真空腔室4后传输至支撑台面101上的第一全反射镜11，在第一光路上形成第一对相对传输光；
67.所述第二反射光依次传输至支撑台面101上的第三反射镜12、第四反射镜13和玻璃真空腔室4后传输至第二全反射镜14，在第二光路上形成第二对相对传输光。
68.所述支撑台面101上方用于设置形成第三光路的第二部分光学器件32，所述支撑台面101下方设置有用于设置形成第三光路的第一部分光学器件32，如图3所示，具体包括：还包括支撑柱102和环形固定架103，所述环形固定架103竖直设置在所述支撑台面101下方，用于放置形成第三光路的第一部分光学器件32；所述支撑柱102设置在所述支撑台面101的上方，用于放置形成第三光路的第二部分光学器件32；所述第一反射光依次传输至设置在第一偏振分光棱镜9下方的环形固定架103上的第一反射镜15和位于玻璃真空腔室4正下方的环形固定架103上的第二反射镜16；以及位于玻璃真空腔室4正上方的支撑柱102上的第三全反射镜17后，在第三光路上形成第三对相对传输光。
69.通过上述，配套阐述的三条光路上的光器件，其已经形成在玻璃真空腔室4中三对相对传输光，并且，三对相对传输光中，两两之间相互垂直，从而能够在进入玻璃真空腔室4的原子形成有效的光学粘团。然而，为了能够将相应的光学粘团有效的束缚住，除了上述一对反亥姆霍兹线圈2分别工作在玻璃真空腔室4的上下空间位置区域还不够，为此，还需要提供相应的圆偏振光。结合本实用新型上述扩展实现方案中提出的三条光路的具体实现结构，进一步融入波片光器件来实现上述的圆偏振光。如图4和图5所示，所述支撑台面101上还设置有光适配口18，所述激光发射器7与所述光适配口18耦合。所述支撑台面101上还设置有多个波片，具体包括：
70.所述光适配口18与第一偏振分光棱镜9之间设置有第一二分之一波片19；所述第一偏振分光棱镜9与第二偏振分光棱镜10之间设置有第二二分之一波片20；所述第二偏振分光棱镜10的透传出光面与玻璃真空腔室4之间设置有第一四分之一波片21；与所述第一
四分之一波片21相对，在所述玻璃真空腔室4的另一侧依次设置有第二四分之一波片22和第一全反射镜11；
71.在直线穿过所述玻璃真空腔室4的第二光路上，依次设置有第三四分之一波片23、第四四分之一波片24和第二全反射镜14；其中，所述玻璃真空腔室4位于所述第三四分之一波片23和第四四分之一波片24之间；
72.在直线穿过所述玻璃真空腔室4的第三光路上，依次设置有固定在环形固定架103上的第五四分之一波片25、设置在支撑柱102上的第六四分之一波片26和第三全反射镜17；其中，所述玻璃真空腔室4位于所述第五四分之一波片25和第六四分之一波片26之间。
73.至此，通过上述图2-图5，呈现了一个可在本实用新型实施例1所提出的整体结构中实现的较为完整的磁光阱的光路及其配套光器件结构关系图。在实际实现过程中，由于上述第三光路的特殊性，其不能像第一光路和第二光路一般布局在支撑台面101上，而是要能够形成垂直于第一光路和第二光路所构成平面的光路结构特性，因此，为了有效实现上述第三光路结构，结合本实用新型实施例还存在一种改进结构方案，如图3、图6和图7所示，所述支撑组件1还包括支撑柱102，所述支撑柱102设置在支撑台面101之上，并且，所述支撑柱102正好位于第一光路和第二光路围成的方形区域内，如图4所示；
74.其中，所述支撑柱102上用于固定所述第六四分之一波片26和第三全反射镜17。
75.本实用新型实施例所述支撑柱102为倒l型结构，或者为斜柱结构；以便于使得所述支撑柱102靠近支撑台面101部分预留出足够的空间，用于放置上反亥姆霍兹线圈201，以及支撑柱102靠近顶部部分能设置体积更小的第六四分之一波片26和第三全反射镜17同时，保证第六四分之一波片26和第三全反射镜17的工作区域与交点相对。其中给予了所述支撑柱102为倒l型结构的示例，但是作为可选方案之一所述支撑柱102也可以为斜柱结构；以便于使得所述支撑柱102靠近支撑台面101部分预留出足够的空间，用于放置上反亥姆霍兹线圈201和下反亥姆霍兹线圈202，如图4所示，以及支撑柱102靠近顶部部分能设置体积更小的第六四分之一波片26和第三全反射镜17同时，保证第六四分之一波片26和第三全反射镜17的工作区域与交点相对。为了减轻重量，所述支撑柱102的另一面为中空结构，如图7所示。
76.接下来，将通过更为详尽的结构阐述如何实现上述第三光路，如图5、图8和图9所示，所述支撑组件1还包括环形固定架103，所述环形固定架103设置在所述支撑台面101之下；环形固定架103用于固定所述第一反射镜15和第二反射镜16；
77.环形固定架103与第一偏振分光棱镜9相对位置设置有第一反射镜15，环形固定架103与玻璃真空腔室4相对位置设置有第二反射镜16。
78.作为便捷组装考虑到一种最优实现方式，相应的磁光阱的整机装置还可以配备摄像组件8，如图10所示，所述摄像组件8设在所述支撑台面101上，其镜头正对所述玻璃真空腔室4中三条光路的交点。如此，便可以在初次安装使用，或者涉及整机结构被移动和搬挪后，发生光组件移位的情况下，如何能够快速的调整回正常磁光阱工作状态提供了最为高效和便捷的手段。在本实用新型实施例中，之所以采用玻璃真空腔室4而非采用金属真空腔室，原因在于玻璃真空腔室4便于观察原子团现象，不需要额外设置观察室，有利于减小桌面磁光阱的整体体积。
79.如图11所示，在本实用新型实施例中，所述激光发射器7，发射包含两种波长的光；
形成包含第一光路的第一对相对传输光、第二光路的第二对相对传输光和第三光路的第三对相对传输光互相垂直的激光束；所述激光束中的第一波长光用于对原子发生器3产生的，抵达所述玻璃真空腔室4的原子进行冷却；所述激光束中的第二波长光用于形成循环跃迁，以保证原子与激光进行连续相互作用而实现冷却过程。在实际实现过程中，可以采用两个独立的激光发射器7(如图11所示，包括1号激光发射器701和2号激光发射器702)，在抵达适配口之前完成光耦合，形成一条光束抵达所述适配口。
80.所述激光发射器7发射包含两种波长的入射光；所述入射光中的第一波长光用于对原子发生器3产生的，抵达所述玻璃真空腔室4的原子进行冷却；所述入射光中的第二波长光用于形成循环跃迁，以保证原子与激光进行连续相互作用而实现冷却过程。对于激光器的输出中心波长而言，所述原子为碱金属或者碱土金属原子时，所述两种波长的入射光中心波长分别与玻璃真空腔室4内的原子进行冷却和实现原子循环跃迁所需的两种激光的波长一致，例如：当原子为铷原子时，所述两种波长的入射光分别为中心波长为780.243nm的激光和中心波长为780.245nm的激光。值得注意的是，本发明的入射光实际上为激光发射器7发射的激光束，两者不冲突。
81.作为本实用新型提出的所述抽真空组件5的一种最为简单实现方式，所述抽真空组件5包括第一腔体501，如图12所示，具体包括：
82.第一腔体501为四通结构，所述第一腔体501的一通口通过第一法兰盘27与金属管28的一端连接，所述金属管28的另一端与玻璃真空腔室4连接；第一腔体501的二通口与铜管29连接；所述与第一腔体501连接的铜管29用于与分子泵连接，分子泵用于对玻璃真空腔室8进行预抽真空；第一腔体501的三通口与第二法兰盘30连接，所述第二法兰盘30上设置原子发生器3，并且，所述第二法兰盘30上设置有铜丝，所述铜丝用于给原子释放剂通电后释放目标原子；第一腔体501的四通口与第二腔体31耦合。
83.如图13所示，在实际实现过程中，为了让第一腔体501的容积更小，却又能满足多通口的设计，还有表现出更易组装的特性，通常还会在第一腔体501的四通口侧气密连接第二腔体31，并且，将相应的与离子泵侧连接的功能实现交由所述第二腔体31中二通口完成，其中，第二腔体31中的一通口用于与第一腔体501中的四通口完成气密连接。通过上述新增第二腔体31的方式，就能够依托第二腔体31固定在底板6的方式，将第一腔体501进一步通过第二支撑台34支撑起来，使第一腔体501的一通口的高度与玻璃真空腔室4的连接口等高。在可选实现方式中，若仅采用第一腔体501构成抽真空组件5的话，则相应的第一腔体501的四通口优选的设置在与所述第二法兰盘30相背的一侧。
84.本实施例中第一腔体501连接的铜管29用于与分子泵连接，以便进行预抽真空，当玻璃真空腔室4中的真空度达到预设阈值之后，才可以用离子泵进一步抽真空，当分子泵使玻璃真空腔室4中的真空度达到预设阈值之后，需要将铜管29剪掉，同时使铜管29封端。如图13所示，第一腔体501的底部通过法兰盘与第二腔体31连接，第二腔体31的左侧(即图13中所示二通口)通过管子与离子泵连接，以便对玻璃真空腔室4进一步抽真空，使玻璃真空腔室4中的真空度达到特定范围，例如1
×
10-6
pa。
85.在本实用新型实施例中，三对相对且对与对之间互相垂直的激光束相交于玻璃真空腔室4于一点之后，需要调节一对反亥姆霍兹线圈2的位置，从而使三对激光束(传输光)交点处的磁场为零，为此，集合本实用新型实施例还提供了一种优选的改进方案，可以有效
的调节本实用新型的一对反亥姆霍兹线圈2的位置，其中，本实用新型的一对反亥姆霍兹线圈2包括上反亥姆霍兹线圈201和下反亥姆霍兹线圈202。如图14-图16所示，本实用新型的一对反亥姆霍兹线圈2分别安装在对应的线圈架35上，支撑组件1还包括侧板36和第三支撑台，其中，第三支撑台与侧板36滑动连接，具体为，侧板36上设置有第一圆孔37，第三支撑台设置有第一腰圆孔38，侧板36上的第一圆孔37与第三支撑台的第一腰圆孔38和螺钉配合可以调节本实用新型的一对反亥姆霍兹线圈2在垂直方向上的位置。
86.线圈架35与第三支撑台活动连接，具体的，第三支撑台的外沿处设置有两个第二圆孔39(两个圆孔可以更大范围地调节线圈架35与第三支撑台之间的位置)，线圈架35上设置有第二腰圆孔40，第三支撑台的外沿处设置的第二圆孔39与线圈架35上的第二腰圆孔40及螺钉配合可以调节反亥姆霍兹线圈2在水平方向上的位置。
87.实施例2：
88.基于实施例1所提出的磁光阱的整机装置，本实施例还提供了配套的使用步骤，包括：
89.首先用分子泵对玻璃真空腔室4进行预抽真空，使玻璃真空腔室4的真空度达到预设阈值，当玻璃真空腔室4中的真空度达到预设阈值之后，将铜管29剪掉，剪掉的同时使铜管29封端，以保持玻璃真空腔室4中的真空度。然后再用离子泵进一步对玻璃真空腔室4抽真空，使得玻璃真空腔室4达到特定的范围(例如1
×
10-6
pa)，并使玻璃真空腔室4的真空度保持在该特定的范围内。其中，离子泵抽速约为2l/s，它的极限压强可以达到1
×
10-9
pa，开机真空需优于1
×
10-2
pa，因此需先通过分子泵对玻璃真空腔进行抽真空，使玻璃真空腔的真空条件满足离子泵的开机条件，即上述预设阈值的由来。离子泵需要高压供电，用一控制源驱动离子泵，该控制源可以输出3000-7000v高压，为了减小桌面磁光阱的整体体积，整个桌面磁光阱在使玻璃真空腔达到特定真空环境的过程中未使用真空规检测真空度，但是，离子泵控制源的电流与真空度相关，根据控制源的电流，可以计算出真空度。
90.当玻璃真空腔室4中的真空度达到特定的范围时，开启激光发射器7，激光发射器7发射两种波长的激光(该激光发射器7发出的激光为线偏振光)，两种波长的激光经过合束后首先经过光学系统的第一二分之一波片19，然后经过第一偏振分光棱镜9，使激光分成不同光强的两束光(本实施例中在第一偏振分光棱镜9处的光强度比为2：1，在第二偏振分光棱镜10处的光强度为1：1，最终的光强度为1：1，使得每对激光束的强度相同)，一束光为透射光(即第一透射光)、另一束光为反射光(即第一反射光)，其中第一透射光顺次经过第二二分之一波片20和第二偏振分光棱镜10，并在第二偏振分光棱镜10处进一步分光后再次分为一束透射光(即第二透射光)和一束反射光(即第二反射光)，一束透射光经过第一四分之一波片21后，会改变透射光的偏振类型，将线偏振变为圆偏振，经过第一四分之一波片21后的光束顺次传输至玻璃真空腔室4、第二四分之一波片22和第一全反射镜11，经过第一全反射镜11反射后，便形成了第一对相对传输光；
91.经过第一偏振分光棱镜9后形成的反射光传输至第一反射镜15、经过第一反射镜15反射后传输至第二反射镜16，经过第二反射镜16反射后光顺次传输至第五四分之一波片25、玻璃真空腔室4、第六四分之一波片26和第三全反射镜17，经过第三全反射镜17反射后，便形成了第二对相对传输光。
92.经过第二偏振分光棱镜10后形成的反射光顺次传输至第三反射镜12、第四反射镜
13、第三四分之一波片23、玻璃真空腔室4、第四四分之一波片24，并经过第二全反射镜14反射后形成第三对相对传输光。至此，便形成了三对对与对之间互相垂直的激光束(传输光)，且三对激光束相交于一点，且该点在玻璃真空腔室4内。本实施例中涉及的二分之一波片的作用是用于调节光束经过偏振分光棱镜后的反射光和透射光的光强比，四分之一波片用于改变偏振类型，将线偏振变为圆偏振，其中，本实施例中一对四分之一波片的作用是使圆偏振光的偏振方向相同，如，在第一四分之一波片21的圆偏振光的偏振方向为右旋，顺次经过第二四分之一波片22和第一全反射镜11后，经过第一全反射镜11反射回的光会变为左旋的圆偏振光，变为左旋的圆偏振光再次经过第二四分之一波片22后便变为了右旋的圆偏振光，其他对的四分之一波片的效果类似。
93.三对相对且对与对之间互相垂直的激光束可以冷却原子，形成光学粘团，但是不能囚禁原子，因此需在光学粘团的基础上，引入磁场梯度，三对相对且对与对之间互相垂直的激光束交汇于玻璃真空腔室4于一点之后，需要调节一对反亥姆霍兹线圈2的位置，从而使三对激光束相交点处的磁场为零。
94.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：

1.一种磁光阱的整机装置，其特征在于，包括支撑组件(1)、一对反亥姆霍兹线圈(2)、原子发生器(3)、玻璃真空腔室(4)和抽真空组件(5)；所述支撑组件(1)包括支撑台面(101)，所述支撑台面(101)上方用于设置形成第一光路的相关光学器件、第二光路的相关光学器件和第三光路的第二部分光学器件，所述支撑台面(101)下方用于设置形成第三光路的第一部分光学器件；入射光通过第一光路、第二光路和第三光路的光学器件，形成相互垂直且交于一点的第一对相对传输光、第二对相对传输光和第三对相对传输光，其中，所述第一对相对传输光、第二对相对传输光和第三对相对传输光的交点位于玻璃真空腔室(4)内；所述一对反亥姆霍兹线圈(2)经由支撑组件(1)分别设置在所述玻璃真空腔室(4)的两侧，所述抽真空组件(5)与所述玻璃真空腔室(4)气密耦合，以便于通过抽真空组件(5)将所述原子发生器(3)释放的原子扩散至所述玻璃真空腔室(4)内。2.根据权利要求1所述的磁光阱的整机装置，其特征在于，还包括底板(6)、激光发射器(7)和摄像组件(8)；所述激光发射器(7)和支撑组件(1)设置在底板(6)上，所述抽真空组件(5)设置在所述支撑组件(1)上；所述摄像组件(8)设在所述支撑台面(101)上，所述摄像组件(8)的镜头正对所述玻璃真空腔室(4)中第一对相对传输光、第二对相对传输光和第三对相对传输光的交点处。3.根据权利要求2所述的磁光阱的整机装置，其特征在于，所述支撑台面(101)上方用于设置形成第一光路的相关光学器件和第二光路的相关光学器件，具体包括：通过支撑台面(101)上的第一偏振分光棱镜(9)将入射光按照第一预设比例分光得到第一透射光和第一反射光；所述第一透射光沿着原始光路传输至支撑台面(101)上的第二偏振分光棱镜(10)时按照第二预设比例分光得到第二透射光和第二反射光；所述第二透射光沿着原始光路传输至支撑台面(101)上玻璃真空腔室(4)后传输至支撑台面(101)上的第一全反射镜(11)，在第一光路上形成第一对相对传输光；所述第二反射光依次传输至支撑台面(101)上的第三反射镜(12)、第四反射镜(13)和玻璃真空腔室(4)后传输至第二全反射镜(14)，在第二光路上形成第二对相对传输光。4.根据权利要求3所述的磁光阱的整机装置，其特征在于，所述支撑台面(101)上方用于设置形成第三光路的第二部分光学器件，所述支撑台面(101)下方设置有用于设置形成第三光路的第一部分光学器件，具体包括：还包括支撑柱(102)和环形固定架(103)，所述环形固定架(103)竖直设置在所述支撑台面(101)下方，用于放置形成第三光路的第一部分光学器件；所述支撑柱(102)设置在所述支撑台面(101)的上方，用于放置形成第三光路的第二部分光学器件；所述第一反射光依次传输至设置在第一偏振分光棱镜(9)下方的环形固定架(103)上的第一反射镜(15)和位于玻璃真空腔室(4)正下方的环形固定架(103)上的第二反射镜(16)；以及位于玻璃真空腔室(4)正上方的支撑柱(102)上的第三全反射镜(17)后，在第三光路上形成第三对相对传输光。5.根据权利要求4所述的磁光阱的整机装置，其特征在于，所述支撑台面(101)上还设
置有光适配口(18)，所述激光发射器(7)与所述光适配口(18)耦合。6.根据权利要求5所述的磁光阱的整机装置，其特征在于，所述支撑台面(101)上还设置有多个波片，具体包括：所述光适配口(18)与第一偏振分光棱镜(9)之间设置有第一二分之一波片(19)；所述第一偏振分光棱镜(9)与第二偏振分光棱镜(10)之间设置有第二二分之一波片(20)；所述第二偏振分光棱镜(10)的透传出光面与玻璃真空腔室(4)之间设置有第一四分之一波片(21)；与所述第一四分之一波片(21)相对，在所述玻璃真空腔室(4)的另一侧依次设置有第二四分之一波片(22)和第一全反射镜(11)；在直线穿过所述玻璃真空腔室(4)的第二光路上，依次设置有第三四分之一波片(23)、第四四分之一波片(24)和第二全反射镜(14)；其中，所述玻璃真空腔室(4)位于所述第三四分之一波片(23)和第四四分之一波片(24)之间；在直线穿过所述玻璃真空腔室(4)的第三光路上，依次设置有固定在环形固定架(103)上的第五四分之一波片(25)、设置在支撑柱(102)上的第六四分之一波片(26)和第三全反射镜(17)；其中，所述玻璃真空腔室(4)位于所述第五四分之一波片(25)和第六四分之一波片(26)之间。7.根据权利要求6所述的磁光阱的整机装置，其特征在于，所述支撑柱(102)为倒l型结构，或者为斜柱结构；以便于使得所述支撑柱(102)靠近支撑台面(101)部分预留出足够的空间，用于放置上反亥姆霍兹线圈(201)，以及支撑柱(102)靠近顶部部分能设置体积更小的第六四分之一波片(26)和第三全反射镜(17)同时，保证第六四分之一波片(26)和第三全反射镜(17)的工作区域与交点相对。8.根据权利要求2-7任一所述的磁光阱的整机装置，其特征在于，所述激光发射器(7)发射包含两种波长的入射光；所述入射光中的第一波长光用于对原子发生器(3)产生的，抵达所述玻璃真空腔室(4)的原子进行冷却；所述入射光中的第二波长光用于形成循环跃迁，以保证原子与激光进行连续相互作用而实现冷却过程。9.根据权利要求8所述的磁光阱的整机装置，其特征在于，所述原子为碱金属或者碱土金属原子时，所述两种波长的入射光中心波长分别与玻璃真空腔室(4)内的原子进行冷却和实现原子循环跃迁所需的两种激光的波长一致。10.根据权利要求1-7任一所述的磁光阱的整机装置，其特征在于，所述抽真空组件(5)包括第一腔体(501)，具体包括：所述第一腔体(501)为四通结构；所述第一腔体(501)的一通口通过第一法兰盘(27)与金属管(28)的一端连接，所述金属管(28)的另一端与玻璃真空腔室(4)连接；所述第一腔体(501)的二通口与铜管(29)连接；第一腔体(501)的三通口与第二法兰盘(30)连接，所述第二法兰盘(30)上设置原子发生器(3)；第一腔体(501)的四通口与第二腔体(31)耦合。

技术总结

本实用新型涉及磁光阱技术领域，提供了一种磁光阱的整机装置。包括支撑组件、一对反亥姆霍兹线圈、原子发生器、玻璃真空腔室和抽真空组件；所述支撑组件包括支撑台面，所述支撑台面上方用于设置形成第一光路的相关光学器件、第二光路的相关光学器件和第三光路的第二部分光学器件，所述支撑台面下方用于设置形成第三光路的第一部分光学器件；入射光通过第一光路、第二光路和第三光路的光学器件，形成相互垂直且交于一点的第一对相对传输光、第二对相对传输光和第三对相对传输光，其中，所述第一对相对传输光、第二对相对传输光和第三对相对传输光的交点位于玻璃真空腔室内。本实用新型提供了紧凑型超高真空结构，简洁、稳定的光路系统。路系统。路系统。