The invention discloses a method and a device for detecting the flow direction and flux of a hollow anti-resonant optical fiber cold atom beam, which belongs to the field of quantum sensing technology. The method includes steps: first, cooling atoms and generating cold atom beams; second, guiding cold atom beams by using fundamental mode Gauss beams in hollow-core anti-resonance fibers excited by guided laser; third, detecting the atomic flux of cold atom beams at the output end of hollow-core anti-resonance fibers. The invention also discloses a cold atom beam guiding and atomic flux detecting device based on hollow anti-resonance optical fiber, which includes a cold atom beam generating part, a cold atom beam guiding part and a cold atom beam detecting part. The method and device of the invention can guide continuous cold atom beam, solve the problem of low efficiency of coupling cold atom beam into hollow anti-resonance optical fiber, and improve the measurement resolution by combining the balanced detection method with weak signal detection technology.
【技术实现步骤摘要】
空芯反共振光纤冷原子束流导引与通量探测方法及装置
本专利技术属于量子传感
，具体涉及一种基于空芯反共振光纤的冷原子束流导引与原子通量探测方法及其装置。
技术介绍
激光冷却可使原子达到很低的动能，其徳布罗意波长远大于通常情况下原子的线度，甚至达到光波波长的程度，从而使物质波及其干涉现象成为更广泛的物理实验的对象，进而产生了许多利用原子干涉现象作为技术应用的工具。将原子从一处输运到另一处，即原子导引，是原子干涉仪的关键和前提。而由于光纤的柔韧性和易操控性，使得采用空芯反共振光纤的原子导引技术更具应用价值。利用空芯反共振光纤对原子进行导引是利用纤芯内传播的红失谐或蓝失谐激光对原子的偶极力作用，对原子进行横向约束，使原子在其纵向初速度的作用下沿偶极势场传播路径运动的过程。空芯反共振光纤导引原子主要包含两个过程，即首先将原子从空间位置耦合至光纤纤芯内部，再沿光纤径向进行传输。由于光纤中传输的基模光场在原子输入端(激光输出端)会急剧发散，中心光强急剧减小，导致激光对原子的横向束缚力随原子与光纤间距离的增大显著降低，使大部分原子在其横向速度的作用下逃逸出偶极力势阱的作用范...
【技术保护点】
1.一种基于空芯反共振光纤的冷原子束流导引与原子通量探测的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤一、冷却原子与产生冷原子束流；步骤二、利用导引激光激发空芯反共振光纤中的基模高斯光束对冷原子束流进行导引；步骤三、对空芯反共振光纤输出端的冷原子束流的原子通量进行探测。
【技术特征摘要】
1.一种基于空芯反共振光纤的冷原子束流导引与原子通量探测的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤一、冷却原子与产生冷原子束流；步骤二、利用导引激光激发空芯反共振光纤中的基模高斯光束对冷原子束流进行导引；步骤三、对空芯反共振光纤输出端的冷原子束流的原子通量进行探测。2.如权利要求1所述的基于空芯反共振光纤的冷原子束流导引与原子通量探测的方法，其特征在于，所述冷却原子与产生冷原子束流在真空原子源腔中进行，具体为：所述真空原子源腔为长方体结构，通过真空通道与真空探测腔连通，所述真空原子源腔的上下面、前后面及左侧面均设置有透视玻璃窗口；三对地磁补偿线圈分别位于真空原子源腔的腔体外侧，用于补偿地磁产生的磁场不平衡，两个亥姆霍兹线圈放置于真空原子源腔的左侧和右侧，两个亥姆霍兹线圈的电流方向相反，用于产生梯度磁场，梯度磁场的零点位置位于真空原子源腔的腔体几何中心与右侧面之间的位置，三束冷却激光分别沿两两互相垂直相交的方向入射到真空原子源腔中，并分别被三个1/4λ波片反射镜反射，形成对射光束；三对对射的冷却激光在真空原子源腔的腔体中相交，形成冷却激光束重叠区域；调节两个亥姆霍兹线圈中的电流大小，使梯度磁场的零点位置与冷却激光的相交位置重合；在梯度磁场与冷却激光的共同作用下，位于真空原子源腔中的原子被冷却减速并趋近于冷却激光束重叠区域；其中安装于真空原子源腔右侧面内表面的1/4λ波片反射镜中心打有小孔，入射在该真空原子源腔右侧面内表面1/4λ波片反射镜的四周位置的冷却激光被反射，而入射在小孔处的冷却激光不被反射，因此造成真空原子源腔中冷却激光束形成的冷却光场的不平衡，位于真空原子源腔内的原子被冷却激光冷却并俘获后在冷却激光束重叠区域形成冷原子团，冷原子团在冷却激光产生的不平衡的冷却光场的作用下向右侧运动形成冷原子束流，冷原子束流被推向1/4λ波片反射镜的中心小孔处，进入空芯反共振光纤。3.如权利要求2所述的基于空芯反共振光纤的冷原子束流导引与原子通量探测的方法，其特征在于，当检测到冷原子束流方向与空芯反共振光纤长轴方向间有角度偏移时，说明梯度磁场零点位置与冷却激光束重叠区域的位置发生了偏移，此时通过调节亥姆霍兹线圈线圈的电流大小，使梯度磁场零点位置与冷却激光束重叠区域再次重合，使冷原子团形成的冷原子束流方向与空芯反共振光纤的长轴方向精确对准；如果冷原子束流的聚焦位置与空芯反共振光纤输入端口的端面并未重合，调节空芯反共振光纤沿z轴运动，从而使空芯反共振光纤的输入端面与冷原子束流的聚焦位置重合。4.如权利要求3所述的基于空芯反共振光纤的冷原子束流导引与原子通量探测的方法，其特征在于，所述激光发生器型号为TOPTICA-DLpro，保持常开状态，且连续发出激光；冷原子团形成的冷原子束流进入空芯反共振光纤的同时，位于真空原子源腔内的原子被冷却与减速，源源不断的补充到冷原子束流中，形成连续的冷原子束流。5.如权利要求1所述的基于空芯反共振光纤的冷原子束流导引与原子通量探测的方法，其特征在于，步骤二所述利用导引激光激发空芯反共振光纤中的基模高斯光束对冷原子束流进行导引，具体为：导引激光耦合进空芯反共振光纤中并激发纤芯中的基模高斯光束，在纤芯内外均形成高斯型偶极力势阱，高斯型偶极力势阱将冷原子束流俘获后耦合进空芯反共振光纤中，冷原子束流保持进入空芯反共振光纤时的运动速度，沿空芯反共振光纤的轴向匀速运动传输至真空探测腔。6.如权利要求1所述的基于空芯反共振光纤的冷原子束流导引与原子通量探测的方法，其特征在于，所述对空芯反共振光纤输出端的冷原子束流的原子通量进行探测，具体为：采用共振吸收法探测冷原子束流，并使用平衡探测法与微弱信号检测方法相结合提取微小信号强度，计算空芯反共振光纤输出端的冷原子束流中冷原子的数目及原子通量；所述共振吸收法具体为：利用一束功率10μW的探测光垂直于冷原子束流运动方向照射通过空芯反共振光纤的冷原子束流，探测光频率与冷原子跃迁频率共振，使所述冷原子束流中的冷原子跃迁并吸收一部分探测光功率，实现共振吸收；所述平衡探...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐小斌，宋凝芳，胡笛，路想想，李玮，宋一桐，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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