去除原子在塞曼冷却窗口沉积的方法、装置和系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种锶原子光钟中去除原子在塞曼冷却窗口沉积的方法、装置和系统，所述锶原子光钟系统中，在原子束方向上成直线依次布设有用于发射原子束的原子炉、用于囚禁原子的磁光阱以及塞曼冷却窗口。在除所述磁光阱以外的从所述原子炉的发射口到所述塞曼冷却窗口之间的至少一处区域内，用待清除原子的共振光沿与锶原子束运动的方向成一角度对原子运动路径进行照射以使原子最终无法到达塞曼冷却窗口。本发明专利技术通过光照使原子产生横向速度，最终不能够达到塞曼冷却窗口，能够有效的去除原子光钟系统中原子在塞曼冷却窗口玻璃上的沉积，使窗口玻璃保持高的通光率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及原子光钟
，特别是指一种在锶原子光钟中去除原子在塞曼 冷却窗口沉积的方法、装置和系统。
技术介绍
目前，国际上的时间频率标准是由铯(Cs)原子喷泉钟提供的，而应用锶(Sr)原子做成的光钟具有更高的准确度和稳定度，因此原子光钟是当前世界上研究的热点。原子光钟系统的结构如图1所示。锶元素放置在原子炉101中，原子炉中有一 准直装置102，加热原子炉，原子便以束流的形式从原子炉中射出，经过塞曼减速器103 后在磁场和六束光组成的磁光阱(MOT) 104中进行囚禁，进而进行频率探测。与原子束正相对的地方有一个玻璃窗口，称为塞曼冷却窗口 105，用来入射塞 曼冷却光。在磁光阱还没有工作的时候，热原子会直接打到冷的玻璃窗105上，在玻璃 窗口 105上迅速沉积，污染窗口，从而使光的透过率大大降低，造成对原子冷却和囚禁 的不利影响。在实际实验中，即使磁光阱104正常工作，还是有一部分原子会到达窗口 105；并且无论如何，所用的原子，即被捕获囚禁的原子只是几种同位素中的一种，无用 的同位素原子都会到达窗口 105。现有技术普遍应用的方法是窗口加热法，对玻璃窗口加热，让窗口保持在较高 的温度，原子在热的窗口上沉积便非常少了，因此能够保证窗口的清洁。一般采用加热 带或者是利用光照加热，如利用加热带，加热带被缠绕在窗口法兰上；如利用光照加热 的时候，光被聚焦在窗口的中心处。加热法是被动方法，需要加热窗口，但是MOT区域需要低温，因此高温窗口会 对MOT区有影响，并且若采用光照加热时，少量光会通过窗口入射进MOT区，对MOT 信号的采集有强烈的干扰并产生光频移。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种锶原子光钟中去除原子在塞曼冷却窗口 沉积的方法、装置和系统，更好地解决在原子光钟中原子在塞曼冷却窗口上的沉积造成 的窗口玻璃污染问题。基于上述目的本专利技术提供的一种锶Sr原子光钟系统中去除原子在塞曼冷却窗口 沉积的方法，所述锶原子光钟系统中，在原子束方向上成直线依次布设有用于发射原子 束的原子炉、用于囚禁原子的磁光阱以及塞曼冷却窗口，其中，在除所述磁光阱以外的从所述原子炉的发射口到所述塞曼冷却窗口之间的至少 一处区域内，用与待清除原子共振的激光沿一角度对原子束运动路径进行照射以使原子 最终无法到达塞曼冷却窗口。可选的，该方法如果所述照射光多于一束，各束照射激光在不同位置沿同一方 向进行照射，或者在不同位置沿不同但非相反的方向照射，或者在同一位置沿不同但非相反的方向照射。可选的，该方法所述照射光通过所述锶原子光钟系统中用作二维准直的窗口进 行照射。可选的，该方法当所述照射的区域为从所述原子炉的发射口到所述磁光阱入口 之间时，所述照射光为与87&以外其他同位素共振的激光；当所述照射的区域为从所述 磁光阱出口到所述塞曼冷却窗口之间时，所述照射光为与锶原子所有高丰度同位素共振 的激光，或其中一种高丰度同位素共振的激光。可选的，该方法所述与以外其他同位素共振的光为与同位素共振的激 光；所述与锶原子所有高丰度同位素共振的光为与8Sr以及86&和共振的激光。可选的，该方法所述照射的区域为从所述原子炉的发射口到所述磁光阱入口 之间，和从所述磁光阱出口到所述塞曼冷却窗口之间同时对原子运动路径进行照射。可选的，该方法所述照射光照射方向与锶原子束运动的方向垂直。可选的，该方法当所述照射的区域为从所述原子炉的发射口到所述磁光阱入口 之间时，所述激光的中心波长为460.862nm，谱线宽度或扫描宽度为IOMHz ；当所述照射的区域为从所述磁光阱出口到所述塞曼冷却窗口之间时，所述激光 的中心波长为460.862nm，所述激光的谱线宽度或扫描宽度为百兆量级。可选的，该方法当所述照射的区域为从所述原子炉的发射口到所述磁光阱 入口之间时，所述照射光发射采用扫描方式，扫描范围10MHz，扫描速度至少为 2QVRm{\ + S)TShkL(LW).当所述照射的区域为从所述磁光阱出口到所述塞曼冷却窗口之间时，所述照射 光发射采用多频率光束合成方式。可选的，该方法当所述照射的区域为从所述原子炉的发射口到所述磁光阱入口之间时，所述照射光在原子束方向上的作用长度至少为米，其中，V为原子束纵向速度，R为塞曼冷却窗口半径，m为原子质量，S为实际光强和饱和光强的比， τ为原子的跃迁几率，k为光子波矢，方为普朗克常数，L为照射光入射窗口到塞曼冷却 窗口的长度；当所述照射的区域为从所述磁光阱出口到所述塞曼冷却窗口之间时，所述照射200F'2 Rm{\ + S)光在原子束方向上的作用长度为碰L'_ 其中V’为此处的原子速度，L’是从 此处到塞曼冷却窗口的距离。可选的，该方法照射光在原子束方向上的作用长度范围为5mm到20mm之间。基于上述目的，本专利技术还提出了一种锶原子光钟系统中去除原子在窗口沉积的 装置，所述锶原子光钟系统中，在原子束方向上成直线依次布设有用于发射原子束的原 子炉、用于囚禁原子的磁光阱以及塞曼冷却窗口，在该装置中包括激光器，用于发出与待清除原子共振的激光；以及光路调节设备，用于使激光器发出的激光能够在除所述磁光阱以外的从所述原子炉的发射口到所述塞曼冷却窗口之间的至少一处区域内，沿一角度对原子运动路径进 行照射以使原子最终无法到达塞曼冷却窗口。可选的，该装置所述光路调节设备还包括扩束装置，用于对激光器发出的激 光光束进行扩束。可选的，该装置所述扩束装置为扩束透镜对，所述扩束透镜对后者和前者的焦 距比为希望得到的光束半径和原来的光束半径比，所述扩束透镜对的每个透镜上镀有增 透膜。可选的，该装置所述光路调节设备中还包括半波片，使半导体激光器发出的 激光偏振方向发生旋转；偏振分光镜，使经半波片旋转后的激光光束经偏振分光镜后，一部分光被反 射，在其中一个照射区域内对所述原子束运动路径进行照射，另一部分光被透射在另一 个照射区域内对所述原子束运动路径进行照射。可选的，该装置所述激光器发射的激光波长为460.862nm。可选的，该装置当所述照射的区域为从所述原子炉的发射口到所述磁光阱入口 之间时，所述照射光为与87&以外其他同位素共振的激光；当所述照射的区域为从所述 磁光阱出口到所述塞曼冷却窗口之间时，所述照射光为与锶原子所有高丰度同位素共振 的激光，或其中一种高丰度同位素共振的激光。可选的，该装置所述与8Sr以外其他同位素共振的光为与同位素共振的激 光；所述与锶原子所有高丰度同位素共振的光为与8Sr以及86&和共振的激光。可选的，该装置所述光路调节设备中还包括第一、第二、第三和第四声光调 制器，用于将光的中心频率增加或者减小一个固定值；第一声光驱动器，作为第一声光调制器的电控部分，驱动信号中心频率对应8、r 跃迁频率和激光器输出频率差；第二声光驱动器，作为第二声光调制器的电控部分，驱动信号中心频率对应^5 跃迁频率和激光器输出频率差；第三声光驱动器，作为第三声光调制器的电控部分，驱动信号中心频率对应8Sr 跃迁频率和激光器输出频率差；第四声光驱动器，作为第四声光调制器的电控部分，驱动信号中心频率对应 跃迁频率和激光器输出频率差。可选的，该装置所述第一、第二、第三和第四声光驱动器，还分别增加一个用于扩大频谱窻__〗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锶Ｓｒ原子光钟系统中去除原子在塞曼冷却窗口沉积的方法，所述锶原子光钟系统中，在原子束方向上成直线依次布设有用于发射原子束的原子炉、用于囚禁原子的磁光阱以及塞曼冷却窗口，其特征在于，在除所述磁光阱以外的从所述原子炉的发射口到所述塞曼冷却窗口之间的至少一处区域内，用与待清除原子共振的激光沿一角度对原子束运动路径进行照射以使原子最终无法到达塞曼冷却窗口。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：方占军，王强，王少凯，王民明，孟飞，林百科，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]