一种原子导引装置

摘要

本发明公开了一种原子导引装置，用于对冷原子系统中冷原子源产生的冷原子进行导引，所述装置包括：多根载流导线，其以所述冷原子系统中的冷原子源为中心而呈对称分布；控制电路，与多根所述载流导线电连接，用于通过控制多根所述载流导线的电流的方向而使多根所述载流导线在其中心轴线位置形成具有零磁场中心的管状磁场，进而对所述冷原子源产生的冷原子进行导引，通过控制多根所述载流导线的电流的大小而控制导引速率。通过上述方式，本发明能够简化所述原子导引装置结构并提高原子导引效率。

权利要求

1.一种原子导引装置，其特征在于，用于对冷原子系统中冷原子源产生的冷原子进行导引，所述装置包括：多根载流导线，其以所述冷原子系统中的冷原子源为中心而呈对称分布；

控制电路，与多根所述载流导线电连接，用于通过控制多根所述载流导线的电流的方向而使多根所述载流导线在其中心轴线位置形成具有零磁场中心的管状磁场，进而对所述冷原子源产生的冷原子进行导引，通过控制多根所述载流导线的电流的大小而控制导引速率；

所述载流导线的根数为四根，四根所述载流导线以所述冷原子系统中的冷原子源为中心而呈对称分布；

四根所述载流导线分别为第一载流导线、第二载流导线、第三载流导线和第四载流导线，在XYZ三维坐标系中，所述冷原子源在XY轴的二维坐标是(0，0)，其在Z轴上的坐标无限定，所述第一载流导线、所述第二载流导线、所述第三载流导线和所述第四载流导线设置的位置均与所述Z轴平行，在XY轴的二维坐标分别为(a，b)、(-a，b)、(-a，-b)和(a，-b)，a和b均为大于零的正数；

所述第一载流导线和所述第三载流导线中的电流均为第一电流，所述第二载流导线和所述第四载流导线中的电流均为第二电流，所述第一电流的方向和所述第二电流的方向相反，所述第一电流的大小和所述第二电流的大小相同。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一电流的方向沿Z轴正向，所述第二电流的方向沿Z轴负向。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冷原子源在XYZ轴的三维坐标是(0，0，

0)。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，a和b相等。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冷原子系统还包括真空池，所述真空池用于提供预定真空度的真空环境，以收集所述冷原子。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述预定真空度小于10-7Pa。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述冷原子源中的冷原子包括中性碱金属原子、中性碱土金属或中性稀土金属中的一种或以上的组合。

说明书

一种原子导引装置

技术领域

[0001] 本发明涉及原子导引技术领域，特别是涉及一种原子导引装置。

背景技术

[0002] 随着技术的不断发展，原子分束器和原子干涉仪等光学设备中会经常用到原子导引技术，因此，人们对原子导引技术进行了深入研究。在研究过程中人们发现，对冷原子样品进行各种精确的操控还是非常困难。

[0003] 现有技术中，原子导引通常包括光导引和磁导引两种方式。光导引是采用原子和激光场发生的电偶极相互作用，控制原子沿特定的轨迹运动，能够实现原子的“局部”控制，但会导致冷原子的退相干问题。而磁导引是利用原子的内禀磁矩和外加磁场的相互作用，控制原子在空间中移动。与光导引技术相比，磁导引能有效克服光导引导致的冷原子相干性严重丢失的问题，但其结构较为复杂，操作不便。

[0004] 本申请的发明人在长期的研发过程中，发现现有的原子导引装置结构复杂，不能对原子进行高效导引。

发明内容

[0005] 本发明主要解决的技术问题是提供一种原子导引装置，能够简化原子导引装置结构并提高原子导引效率。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种原子导引装置。

[0007] 用于对冷原子系统中冷原子源产生的冷原子进行导引，所述装置包括：

[0008] 多根载流导线，其以所述冷原子系统中的冷原子源为中心而呈对称分布；

[0009] 控制电路，与多根所述载流导线电连接，用于通过控制多根所述载流导线的电流的方向而使多根所述载流导线在其中心轴线位置形成具有零磁场中心的管状磁场，进而对所述冷原子源产生的冷原子进行导引，通过控制多根所述载流导线的电流的大小而控制导引速率。

[0010] 本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明通过多根载流导线形成具有零磁场中心的管状磁场，而通过所述控制电路改变电流的大小和方向就能使多根所述载流导线中电流方向改变，进而调整对所述冷原子的导引速率，不仅结构简单、容易操作，且有利于原子导引效率的提高及其在系统控制和半导体工艺加工中的应用。

附图说明

[0011] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。其中：

[0012] 图1是本发明一种原子导引装置一实施方式的结构示意图；

[0013] 图2是本发明一种原子导引装置中载流导线的分布方式一实施方式的结构示意图。

具体实施方式

[0014] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0015] 请参阅图1，图1是本发明一种原子导引装置一实施方式的结构示意图，用于对冷原子系统中冷原子源产生的冷原子进行导引，所述装置包括：

[0016] 多根载流导线100，其以所述冷原子系统中的冷原子源200为中心而呈对称分布；

[0017] 控制电路300，与多根所述载流导线100电连接，用于通过控制多根所述载流导线100的电流的方向而使多根所述载流导线100在其中心轴线位置形成具有零磁场中心的管状磁场，进而对所述冷原子源产生的冷原子进行导引，通过控制多根所述载流导线100的电流的大小而控制导引速率。

[0018] 在本实施方式中，通过多根所述载流导线100形成具有零磁场中心的管状磁场，而通过所述控制电路300改变电流的大小和方向就能使多根所述载流导线100中电流方向改变，进而调整对所述冷原子的导引速率，不仅结构简单、容易操作，且有利于原子导引效率的提高及其在系统控制和半导体工艺加工中的应用。

[0019] 在本实施方式中，所述载流导线100的数量可以根据所述原子导引装置的使用环境和使用要求进行确定。在一个实施方式中，所述载流导线100的根数为四根，四根所述载流导线100以所述冷原子系统中的冷原子源200为中心而呈对称分布。这是因为，最少采用四根所述载流导线100能够产生所述具有零磁场中心的管状磁场实现对所述冷原子进行导引。采用四根所述载流导线100形成所述具有零磁场中心的管状磁场，工艺实现简单，且不需要改变所述冷原子系统的光路和结构，就能对所述冷原子进行导引，系统简单，可灵活改变结构和尺寸，实验实现简单。

[0020] 此外，多根所述载流导线100分别与所述控制电路300电连接，也就是说，多根所述载流导线100中电流的大小和方向是单独控制的。这样，不仅便于形成所需磁场，同时，能够降低维护和排查的难度，有利于推广应用。

[0021] 当然，也可以采用多余四根导线来产生所述具有零磁场中心的管状磁场实现对所述冷原子进行导引。为简化所述原子导引装置的结构，同时降低成本，所述载流导线100的数量为四根。进一步的，通过改变所述载流导线的位置可以用来调节导引原点，也即原子导引的初始位置。

[0022] 进一步的，请参考图2，图2是本发明一种原子导引装置中载流导线的分布方式一实施方式的结构示意图，在XY轴的二维坐标系中，四根所述载流导线分别为第一载流导线110、第二载流导线120、第三载流导线130和第四载流导线140，在XYZ三维坐标系中，所述冷原子源200在XY轴的二维坐标是(0，0)，其在Z轴上的坐标无限定，所述第一载流导线110、所述第二载流导线120、所述第三载流导线130和所述第四载流导线140设置的位置均与所述Z轴平行，在XY轴的二维坐标分别为(a，b)、(-a，b)、(-a，-b)和(a，-b)，a和b均为大于零的正数。

[0023] 在本实施方式中，四根所述载流导线均为无限长直导线，在具体操作过程中只需所述载流导线的长度远大于所述载流导线的直径即可，在一个实施方式中，所述载流导线的长度与所述载流导线的直径的比值大于100，如，110、150、或200等。此外，对于四根所述载流导线的坐标a和b，二者可以相同获不同。在一个实施方式中，a和b相等，这样产生的磁场更容易控制，有利于原子导引效率的提高及其在系统控制和半导体工艺加工中的应用。

[0024] 更进一步的，请继续参考图2，所述第一载流导线110和所述第三载流导线130中的电流均为第一电流，在所述第二载流导线120和所述第四载流导线140中的电流均为第二电流，所述第一电流的方向和所述第二电流的方向相反，所述第一电流的大小和所述第二电流的大小相同。

[0025] 在本实施方式中，由于所述载流导线沿Z轴方向延伸，且磁场由通电导线产生，则通过右手螺旋定则可确定每个所述载流导线产生磁场的方向，而为获得具有零磁场中心的管状磁场实现对所述冷原子进行导引，处于所述第一载流导线110和所述第三载流导线130中电流的大小和方向相同，所述第二载流导线120和所述第四载流导线140中的电流的大小和方向也相同，但所述两组载流导线中电流的方向互不相同。具体的，在一个实施方式中，所述第一电流的方向沿Z轴正向，所述第二电流的方向沿Z轴负向。

[0026] 在一个实施方式中，通过冷原子系统中冷原子源200产生冷原子进行导引，所述冷原子源200位于磁场强度为0处即可。进一步的，所述冷原子源200位于XYZ轴的三维坐标是(0，0，0)，也就是说，所述冷原子源200位于磁场中心，这样便于将所述冷原子源200中的冷原子向不同方向引导，更好的满足使用需求。

[0027] 进一步的，请参考图1，所述冷原子系统还包括真空池400，所述真空池400用于提供预定真空度的真空环境，以收集所述冷原子。多个所述载流导线100位于所述真空池400内部或外部。在一个实施方式中，多个所述载流导线100位于所述真空池400外部，这样，有利于控制所述真空池400的真空度，也便于对多个所述载流导线100进行控制。

[0028] 进一步的，所述预定真空度小于10-7Pa，如，10-9Pa、10-8Pa、3×10-8Pa、5×10-8Pa、7×10-8Pa或9×10-8Pa等。显然，较低的真空度有利于对所述冷原子进行收集，但制造更低的很空度所需设备复杂且过程繁琐。为获得较为合适的真空度且降低成本，所述真空度为10-8Pa。

[0029] 更进一步的，所述冷原子源200中的冷原子包括中性碱金属原子、中性碱土金属或中性稀土金属中的一种或以上的组合。具体的，所述冷原子包括钠原子、钾原子、镁原子、钙原子或铈原子中的一种或以上的组合。

[0030] 在使用所述原子导引装置对冷原子进行导引的过程包括：提供一原子导引装置，冷原子系统及真空池，所述原子导引装置用于对冷原子系统中冷原子源产生的冷原子在所述真空池中进行导引。根据冷原子的目标位置调整所述管状磁场的磁场方向。最后，在所述真空池中制备冷原子并使其具有一定的初速度，使所述冷原子处于弱场搜寻态时被引导至所述目标位置。具体的，当所述冷原子处于弱场搜寻态时被引导至磁场强度最弱的地方，在本实施方式中，所述冷原子的引导路径沿所述管状磁场中心线，即磁场强度最弱处。

[0031] 在本实施方式中，所述原子导引装置包括：多根载流导线，其以所述冷原子系统中的冷原子源为中心而呈对称分布；控制电路，与多根所述载流导线电连接，用于通过控制多根所述载流导线的电流的方向而使多根所述载流导线在其中心轴线位置形成具有零磁场中心的管状磁场，进而对所述冷原子源产生的冷原子进行导引，通过控制多根所述载流导线的电流的大小而控制导引速率。

[0032] 综上所述，本发明公开了一种原子导引装置，用于对冷原子系统中冷原子源产生的冷原子进行导引，所述装置包括：多根载流导线，其以所述冷原子系统中的冷原子源为中心而呈对称分布；控制电路，与多根所述载流导线电连接，用于通过控制多根所述载流导线的电流的方向而使多根所述载流导线在其中心轴线位置形成具有零磁场中心的管状磁场，进而对所述冷原子源产生的冷原子进行导引，通过控制多根所述载流导线的电流的大小而控制导引速率。通过上述方式，本发明能够简化导引装置结构并提高原子导引效率。

[0033] 以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。