專利名稱：用于冷原子系統(tǒng)的高分辨成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冷原子系統(tǒng)，特別是一種用于冷原子系統(tǒng)的高分辨成像裝置。
背景技術(shù)：
目前隨著超冷原子制備技術(shù)以及光晶格技術(shù)的發(fā)展，利用超冷原子和光晶格技術(shù)進(jìn)行量子模擬來研究凝聚態(tài)物理中的復(fù)雜量子問題成為了國際上研究的熱門，例如利用其來研究超流、超導(dǎo)、局域化等問題。而為了研究這些問題需要給超冷原子團(tuán)加載無序光晶格，即激光散斑，同時(shí)需要有高分辨率的成像系統(tǒng)對無序光晶格中原子進(jìn)行拍照，從而觀測原子的行為。 通常的超冷原子無序系統(tǒng)的成像光路和散斑光路是各自獨(dú)立的，需要兩個(gè)大數(shù)值孔徑的透鏡分別用來產(chǎn)生亞微米的激光散斑和實(shí)現(xiàn)亞微米分辨率的成像，這兩個(gè)大數(shù)值孔徑的透鏡將占用真空池的兩個(gè)通光面。通常的真空池的形狀通常是長方體，通光面只有四個(gè)，因此如果兩個(gè)通光面被占用了，那么要加入別的激光來對真空池中的原子進(jìn)行操作將變得比較困難，影響了系統(tǒng)的后續(xù)擴(kuò)展。另外由于采用了兩個(gè)大數(shù)值孔徑的透鏡，這兩個(gè)透鏡與原子團(tuán)的相對位置關(guān)系需要分別調(diào)節(jié)，這個(gè)調(diào)節(jié)過程也比較繁復(fù)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述問題，本發(fā)明提供一種用于冷原子系統(tǒng)的高分辨成像裝置，該裝置將散斑光路和高分辨成像光路集合起來，只用一個(gè)大數(shù)值孔徑的透鏡，因此只占用一個(gè)真空池通光面，同時(shí)實(shí)現(xiàn)加載無序光晶格和高分辨成像，光路簡單，由于只用一個(gè)大數(shù)值孔徑的透鏡，只需調(diào)節(jié)好這個(gè)透鏡與原子團(tuán)的相對位置，易于調(diào)節(jié)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種用于冷原子系統(tǒng)的高分辨成像裝置，該裝置包括無序光晶格生成光路和成像光路，其特點(diǎn)在于所述的無序光晶格生成光路包括激光束，沿該激光束方向依次由第一透鏡、第二透鏡、擴(kuò)散膜、反射鏡和雙色鏡組成，所述的第一透鏡和第二透鏡組成擴(kuò)束系統(tǒng)，所述的反射鏡和雙色鏡與光束方向成45° ;所述的成像光路包括成像照明光束，沿該成像照明光束方向依次由真空池、第三透鏡、雙色鏡、第四透鏡、CCD組成，所述的第三透鏡和第四透鏡的焦點(diǎn)重合，第三透鏡的焦距為f，的焦距為F，第三透鏡和第四透鏡之間是間隔為F+f，所述的CXD位于所述的第四透鏡的后焦面上，所述的擴(kuò)散膜是一種透明的但厚度無序分布的膜狀材料；所述的激光束，經(jīng)第一透鏡和第二透鏡組成的擴(kuò)束系統(tǒng)擴(kuò)束后再經(jīng)所述的擴(kuò)散膜調(diào)制，形成散斑光束，該散斑光束由反射鏡和雙色鏡反射經(jīng)第三透鏡聚焦到所述的真空池中第三透鏡的焦點(diǎn)，激光焦斑光強(qiáng)呈現(xiàn)散斑結(jié)構(gòu)，處于所述的真空池散斑結(jié)構(gòu)的冷原子團(tuán)，在與冷原子團(tuán)共振的所述的成像照明光束的照明下，產(chǎn)生的圖樣經(jīng)所述的經(jīng)第三透鏡、雙色鏡、第四透鏡后成像在所述的CXD上。所述的散斑結(jié)構(gòu)的散斑顆粒的大小由聚焦前激光光斑的直徑和聚焦透鏡的焦距決定5 S -J^·其中f為第三透鏡的焦距，δ為散斑顆粒的平均橫向尺寸，D為所述的散斑光束聚焦前激光光斑的直徑，λ為激光的波長。所述的雙色鏡對所述的激光束全反射，對成像照明光束透射的平面鏡。本發(fā)明的技術(shù)效果本發(fā)明用于冷原子系統(tǒng)的高分辨成像裝置，該裝置包括無序光晶格生成光路和成像光路，兩光路共用一個(gè)大數(shù)值孔徑的透鏡，產(chǎn)生亞微米的散斑顆粒的同時(shí)對原子團(tuán)進(jìn)行亞微米分辨率的成像，因此結(jié)構(gòu)簡單緊湊，只占用真空池的一個(gè)通光面，方便了添加別的激光束來對原子進(jìn)行操作，有利于系統(tǒng)的后續(xù)擴(kuò)展。與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比不需分別調(diào)節(jié)兩個(gè)透鏡，提聞了調(diào)節(jié)的便利性。


圖I是本發(fā)明用于冷原子系統(tǒng)的高分辨成像裝置光路示意圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。請參閱圖1，圖I是本發(fā)明用于冷原子系統(tǒng)的高分辨成像裝置光路示意圖。由圖可見，本發(fā)明一種用于冷原子系統(tǒng)的高分辨成像裝置，該裝置包括無序光晶格生成光路和成像光路，所述的無序光晶格生成光路包括散斑光光源一激光束10，沿該激光束10方向依次由第一透鏡I、第二透鏡2、擴(kuò)散膜3、反射鏡4和雙色鏡5組成，所述的第一透鏡I和第二透鏡2組成擴(kuò)束系統(tǒng)，所述的反射鏡4和雙色鏡5與光束方向成45° ;所述的成像光路包括照明光源一成像照明光束11，沿該成像照明光束11方向依次包括真空池9、第三透鏡7、雙色鏡5、第四透鏡6、(XD8，所述的第三透鏡7和第四透鏡6的焦點(diǎn)重合，第三透鏡7的焦距為f，第四透鏡6的焦距為F，第三透鏡7和第四透鏡6之間是間隔為F+f，所述的CXD 8位于所述的第四透鏡6的后焦面上，所述的擴(kuò)散膜3是一種透明的但厚度無序分布的膜狀材料；所述的激光束10經(jīng)第一透鏡I和第二透鏡2組成的擴(kuò)束系統(tǒng)擴(kuò)束后，再經(jīng)所述的擴(kuò)散膜3調(diào)制，形成散斑光束，該散斑光束由反射鏡4和雙色鏡5反射經(jīng)第三透鏡7聚焦到所述的真空池9中焦點(diǎn)，激光光強(qiáng)呈現(xiàn)散斑結(jié)構(gòu)，處于所述的真空池9散斑結(jié)構(gòu)的冷原子團(tuán)，在與冷原子團(tuán)共振的所述的成像照明光束11的照明下，產(chǎn)生的圖樣經(jīng)所述的經(jīng)第三透鏡7、雙色鏡5、第四透鏡6后成像在所述的(XD8上。所述的無序光晶格生成光路和成像光路共用一個(gè)大數(shù)值孔徑的消像差第三透鏡7，從而可以實(shí)現(xiàn)較好的成像。光路調(diào)節(jié)過程中可以調(diào)節(jié)反射鏡4的角度，保證散斑光光源激光束10與第三透鏡7的光軸平行，從而讓激光束10匯聚于第三透鏡7的焦點(diǎn)上。第三透鏡7的焦點(diǎn)位置需要調(diào)到原子團(tuán)所處的位置上。所述的成像系統(tǒng)從照明光束11入射方向依次由真空池9、第三透鏡7、第四透鏡6以及CCD8組成。照明光束11是與所測原子團(tuán)能級共振的平行激光束，可被所測原子吸收。第三透鏡7和第四透鏡6的焦點(diǎn)重合，(XD8的感光面處于第四透鏡6的焦面上，這樣整個(gè)系統(tǒng)組成一個(gè)成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對原子團(tuán)的成像。如果我們選擇532nm的激光作為散斑光光源，780nm (對應(yīng)銣87原子)的激光作為 成像照明光，第三透鏡7選擇數(shù)值孔徑為O. 4的透鏡，可以實(shí)現(xiàn)O. 7微米的散斑顆粒并且同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)相同量級分辨率的成像。
權(quán)利要求
1.一種用于冷原子系統(tǒng)的高分辨成像裝置，該裝置包括無序光晶格生成光路和成像光路，其特征在于所述的無序光晶格生成光路包括激光束(10)，沿該激光束(10)方向依次由第一透鏡(I)、第二透鏡(2)、擴(kuò)散膜(3)、反射鏡(4)和雙色鏡(5)組成，所述的第一透鏡(I)和第二透鏡(2)組成擴(kuò)束系統(tǒng)，所述的反射鏡(4)和雙色鏡(5)與光束成45° ;所述的成像光路包括成像照明光束(11)，沿該成像照明光束(11)方向依次由真空池(9)、第三透鏡(7)、雙色鏡(5)、第四透鏡(6)、CXD (8)組成，所述的第三透鏡(7)和第四透鏡(6)的焦點(diǎn)重合，第三透鏡(7)的焦距為f，的焦距為F，第三透鏡(7)和第四透鏡(6)之間是間隔為F+f，所述的CXD (8)位于所述的第四透鏡(6)的后焦面上，所述的擴(kuò)散膜(3)是一種透明的但厚度無序分布的膜狀材料； 所述的激光束(10)，經(jīng)第一透鏡(I)和第二透鏡(2)組成的擴(kuò)束系統(tǒng)擴(kuò)束后再經(jīng)所述的擴(kuò)散膜(3)調(diào)制，形成散斑光束，該散斑光束由反射鏡(4)和雙色鏡(5)反射經(jīng)第三透鏡(7)聚焦到所述的真空池(9)中焦點(diǎn)，激光光強(qiáng)呈現(xiàn)散斑結(jié)構(gòu)，處于所述的真空池(9)散斑結(jié)構(gòu)的冷原子團(tuán)，在與冷原子團(tuán)共振的所述的成像照明光束(11)的照明下，產(chǎn)生的圖樣經(jīng)所述的經(jīng)第三透鏡(7 )、雙色鏡(5 )、第四透鏡(6 )后成像在所述的CXD (8 )上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高分辨成像裝置，其特征在于所述的散斑結(jié)構(gòu)的散斑顆粒的大小由聚焦前激光光斑的直徑和聚焦透鏡的焦距決定W^ 其中f為第三透鏡(7)的焦距，δ為散斑顆粒的平均橫向尺寸，D為所述的散斑光束聚焦前激光光斑的直徑，λ為激光的波長。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高分辨成像裝置，其特征在于所述的雙色鏡(5)對所述的激光束(10)全反射，對成像照明光束(11)透射的平面鏡。
全文摘要
一種用于冷原子系統(tǒng)的高分辨成像裝置，該裝置包括無序光晶格生成光路和成像光路，其特點(diǎn)在于所述的無序光晶格生成光路包括激光束，沿該激光束方向依次由第一透鏡、第二透鏡、擴(kuò)散膜、反射鏡和雙色鏡組成，所述的第一透鏡和第二透鏡組成擴(kuò)束系統(tǒng)，所述的反射鏡和雙色鏡與光束方向成45°；所述的成像光路包括成像照明光束，沿該成像照明光束方向依次由真空池、第三透鏡、雙色鏡、第四透鏡、CCD組成。本發(fā)明將激光散斑產(chǎn)生光路和成像光路組合起來，利用一個(gè)消像差透鏡實(shí)現(xiàn)對冷原子團(tuán)加載無序光晶格，并可以實(shí)現(xiàn)對原子團(tuán)的高分辨率成像，具有結(jié)構(gòu)簡單，光路集成化程度高，占用空間少，調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G02B27/58GK102879915SQ201210417668
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者段亞凡, 王育竹, 崔國棟 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所