專利名稱：直接產(chǎn)生超冷基態(tài)雙原子銫分子及其測量的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超冷分子制備及測量技術(shù)，具體是一種直接產(chǎn)生超冷基態(tài)雙原子銫分子及其測量的方法和裝置。
背景技術(shù)：
激光自誕生以來，由于其具有良好的單色性、方向性和相干性，因而被廣泛應用于工業(yè)、軍事、通信和科學研究等諸多領(lǐng)域。特別是以獲得諾貝爾物理學獎的激光冷卻原子和原子的玻色愛因斯坦凝聚的研究作為里程碑標志，開拓了原子、分子和光物理研究的新領(lǐng)域。從激光冷卻原子到激光冷卻分子，這是極其自然的想法。但即使是最簡單的雙原子分子，其振轉(zhuǎn)能級結(jié)構(gòu)也相當復雜，像原子一樣在封閉的二能級系統(tǒng)中循環(huán)躍遷實現(xiàn)分子冷 卻幾乎是不可能的。為此，對超冷分子的研究呈現(xiàn)出前所未有的挑戰(zhàn)性，同時也開辟出許多新的研究領(lǐng)域分子的超高分辨光譜、分子的操控、超冷化學、量子信息處理和量子計算。在目前可獲得超冷基態(tài)雙原子分子的元素中，超冷基態(tài)雙原子銫分子最受人們的關(guān)注。這主要是由于銫原子對時間標準的貢獻和它較易操控的內(nèi)部電子能級結(jié)構(gòu)。目前，制備及測量超冷基態(tài)雙原子銫分子的方法主要包括超冷銫原子的費氏巴赫共振冷卻方法和超冷銫原子的光締合方法。超冷銫原子的費氏巴赫共振冷卻方法是指利用激光冷卻原子并獲得超冷銫原子的基礎上，通過外加磁場將兩個處于散射態(tài)的原子變成一個處于束縛態(tài)的超冷基態(tài)雙原子銫分子。該方法對超冷銫原子的溫度要求極高(通常要求溫度低于luK)，且形成的超冷基態(tài)雙原子銫分子能級高、束縛弱，極易分解成兩個原子。超冷銫原子的光締合方法是指被囚禁于磁光阱中的超冷銫原子在光締合激光的作用下，一對基態(tài)的相互碰撞的超冷銫原子共振吸收一個光締合光子(該光子的頻率負失諧于原子的共振躍遷線)，形成某一振轉(zhuǎn)能級的激發(fā)態(tài)分子，然后通過自發(fā)輻射或受激輻射形成穩(wěn)定的超冷基態(tài)雙原子銫分子。然而，由自發(fā)輻射所形成的超冷基態(tài)雙原子銫分子產(chǎn)率很低，必須在高真空的磁光阱中利用飛行時間質(zhì)譜技術(shù)才能測量到，而測量過程通常會對超冷基態(tài)雙原子銫分子造成破壞。受激輻射雖然可以大大提高超冷基態(tài)雙原子銫分子的產(chǎn)率，但是需要將光締合激光和受激輻射的激光進行相干的鎖定，技術(shù)難度很大?；诖?，有必要發(fā)明一種全新的制備及測量超冷基態(tài)雙原子銫分子的技術(shù)，以解決現(xiàn)有超冷基態(tài)雙原子銫分子制備及測量技術(shù)對超冷銫原子的溫度要求高、形成的超冷基態(tài)雙原子銫分子易分解成兩個原子、超冷基態(tài)雙原子銫分子產(chǎn)率低、測量過程中會對已形成的超冷基態(tài)雙原子銫分子造成破壞、以及技術(shù)難度大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有超冷基態(tài)雙原子銫分子制備及測量技術(shù)對超冷銫原子的溫度要求高、形成的超冷基態(tài)雙原子銫分子易分解成兩個原子、超冷基態(tài)雙原子銫分子產(chǎn)率低、測量過程中會對已形成的超冷基態(tài)雙原子銫分子造成破壞、以及技術(shù)難度大的問題，提供了一種直接產(chǎn)生超冷基態(tài)雙原子銫分子及其測量的方法和裝置。
本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的直接產(chǎn)生超冷基態(tài)雙原子銫分子及其測量的方法，該方法是采用如下步驟實現(xiàn)的a.用磁光阱將銫原子冷卻形成超冷銫原子，并將超冷銫原子囚禁于高真空石英玻璃泡中；b.將光締合激光入射到高真空石英玻璃泡中，高真空石英玻璃泡中的超冷銫原子在光締合激光的作用下形成長程激發(fā)態(tài)雙原子銫分子；所形成的長程激發(fā)態(tài)雙原子銫分子處于具有雙勢阱結(jié)構(gòu)的勢能曲線的外勢阱中；c.處于外勢阱中的長程激發(fā)態(tài)雙原子銫分子由外勢阱隧穿到內(nèi)勢阱中形成短程激發(fā)態(tài)雙原子銫分子；短程激發(fā)態(tài)雙原子銫分子經(jīng)自發(fā)輻射形成基態(tài)雙原子銫分子，輻射過程中產(chǎn)生熒光；d.用透鏡收集熒光，并對收集到的熒光進行整形使之變成平行光 束；然后用熒光探測裝置對其進行探測。所述 步驟a-b中，超冷 銫原 子處 于
權(quán)利要求
1.一種直接產(chǎn)生超冷基態(tài)雙原子銫分子及其測量的方法，其特征在于該方法是采用如下步驟實現(xiàn)的 a.用磁光阱將銫原子冷卻形成超冷銫原子，并將超冷銫原子囚禁于高真空石英玻璃泡中； b.將光締合激光入射到高真空石英玻璃泡中，高真空石英玻璃泡中的超冷銫原子在光締合激光的作用下形成長程激發(fā)態(tài)雙原子銫分子；所形成的長程激發(fā)態(tài)雙原子銫分子處于具有雙勢阱結(jié)構(gòu)的勢能曲線的外勢阱中； c.處于外勢阱中的長程激發(fā)態(tài)雙原子銫分子由外勢阱隧穿到內(nèi)勢阱中形成短程激發(fā)態(tài)雙原子銫分子；短程激發(fā)態(tài)雙原子銫分子經(jīng)自發(fā)輻射形成基態(tài)雙原子銫分子，輻射過程中產(chǎn)生突光； d.用透鏡收集熒光，并對收集到的熒光進行整形使之變成平行光束；然后用熒光探測裝置對其進行探測。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的直接產(chǎn)生超冷基態(tài)雙原子銫分子及其測量的方法，其特征在于所述步驟a-b中，超冷銫原子處于 態(tài)；所述步驟b中，光締合激光的頻率負失諧于銫原子Mw躍遷線6. 2cm-l ;所形成的長程激發(fā)態(tài)雙原子銫分子處于具有雙勢阱結(jié)構(gòu)的態(tài)的勢能曲線的外勢阱中；所述步驟c中，輻射的熒光的波段在835nm附近。
3.一種直接產(chǎn)生超冷基態(tài)雙原子銫分子及其測量的裝置，該裝置用于實現(xiàn)如權(quán)利要求I或2所述的直接產(chǎn)生超冷基態(tài)雙原子銫分子及其測量的方法，其特征在于包括銫源(I )、無縫不銹鋼真空管(2)、濺射離子泵(3)、磁光阱、光締合激光(16)、透鏡組、反射鏡組、以及熒光探測裝置；所述磁光阱包括高真空石英玻璃泡(4)、第一磁場線圈(5)、第二磁場線圈(6)、第一俘獲光(7)、第二俘獲光(8)、第三俘獲光(9)、第四俘獲光(10)、第五俘獲光(11)、第六俘獲光(12)、第一再泵浦激光(13)、以及第二再泵浦激光(14);所述透鏡組包括第一透鏡(17)、第二透鏡(18)、第三透鏡(19)、第四透鏡(22)、以及第五透鏡(23);所述反射鏡組包括第一反射鏡(20)、以及第二反射鏡(21);所述熒光探測裝置包括帶通濾光片(24)、單色分光儀(25)、雪崩光電二極管(26)、鎖相放大器(27)、以及數(shù)字示波器(28);其中，銫源(I)和濺射離子泵(3 )通過無縫不銹鋼真空管(2 )與高真空石英玻璃泡(4)連接；第一磁場線圈(5)和第二磁場線圈(6)為一對間距等于半徑的共軸線圈，對稱置于高真空石英玻璃泡(4)的上端和下端，電流等大反向構(gòu)成了標準的反亥姆霍茲線圈；第一俘獲光(7)和第二俘獲光(8)相向傳播；第三俘獲光(9)和第四俘獲光(10)相向傳播；第五俘獲光(11)和第六俘獲光(12)相向傳播；第一俘獲光(7)的傳播方向、第三俘獲光(9)的傳播方向、第五俘獲光(11)的傳播方向兩兩互相垂直；第一再泵浦激光(13)經(jīng)反射鏡后沿原路返回形成第二再泵浦激光(14);第一俘獲光(7)、第二俘獲光(8)、第三俘獲光(9)、第四俘獲光(10)、第五俘獲光(11)、第六俘獲光(12)、第一再泵浦激光(13)、第二再泵浦激光(14)均入射到高真空石英玻璃泡(4)中并交于一點；光締合激光(16)經(jīng)第一透鏡(17)會聚并入射到高真空石英玻璃泡(4)中；第二透鏡(18)置于高真空石英玻璃泡(4)的側(cè)面；第三透鏡(19)置于第二透鏡(18)的后端；第一反射鏡(20)和第二反射鏡(21)位于第二透鏡(18)和第四透鏡(22)之間；第五透鏡(23)置于第四透鏡(22)后端；帶通濾光片(24)置于第五透鏡(23)后端；單色分光儀(25)置于帶通濾光片(24)后端；雪崩光電二極管(26)的入射端與單色 分光儀(25)的出射端連接；鎖相放大器(27)的輸入端與雪崩光電二極管(26)的輸出端連接；數(shù)字示波器(28)的輸入端與鎖相放大器(27)的輸出端連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及超冷分子制備及測量技術(shù)，具體是一種直接產(chǎn)生超冷基態(tài)雙原子銫分子及其測量的方法和裝置。本發(fā)明解決了現(xiàn)有超冷基態(tài)雙原子銫分子制備及測量技術(shù)對超冷銫原子的溫度要求高、形成的超冷基態(tài)雙原子銫分子易分解成兩個原子、超冷基態(tài)雙原子銫分子產(chǎn)率低、測量過程中會對已形成的超冷基態(tài)雙原子銫分子造成破壞、以及技術(shù)難度大的問題。直接產(chǎn)生超冷基態(tài)雙原子銫分子及其測量的方法，該方法是采用如下步驟實現(xiàn)的a.將銫原子冷卻形成超冷銫原子；b.超冷銫原子在光締合激光的作用下形成長程激發(fā)態(tài)雙原子銫分子；c.長程激發(fā)態(tài)雙原子銫分子隧穿形成短程激發(fā)態(tài)雙原子銫分子；d.用透鏡收集熒光。本發(fā)明適用于超冷基態(tài)分子的制備和測量。
文檔編號G01N21/64GK102735672SQ20121022830
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月4日
發(fā)明者張一馳, 李玉清, 武寄洲, 肖連團, 賈鎖堂, 馬杰 申請人:山西大學