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专利名称：直接产生超冷基态双原子铯分子及其测量的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及超冷分子制备及测量技术，具体是一种直接产生超冷基态双原子铯分子及其测量的方法和装置。
背景技术：
激光自诞生以来，由于其具有良好的单色性、方向性和相干性，因而被广泛应用于工业、军事、通信和科学研究等诸多领域。特别是以获得诺贝尔物理学奖的激光冷却原子和原子的玻色爱因斯坦凝聚的研究作为里程碑标志，开拓了原子、分子和光物理研究的新领域。从激光冷却原子到激光冷却分子，这是极其自然的想法。但即使是最简单的双原子分子，其振转能级结构也相当复杂，像原子一样在封闭的二能级系统中循环跃迁实现分子冷 却几乎是不可能的。为此，对超冷分子的研究呈现出前所未有的挑战性，同时也开辟出许多新的研究领域分子的超高分辨光谱、分子的操控、超冷化学、量子信息处理和量子计算。在目前可获得超冷基态双原子分子的元素中，超冷基态双原子铯分子最受人们的关注。这主要是由于铯原子对时间标准的贡献和它较易操控的内部电子能级结构。目前，制备及测量超冷基态双原子铯分子的方法主要包括超冷铯原子的费氏巴赫共振冷却方法和超冷铯原子的光缔合方法。超冷铯原子的费氏巴赫共振冷却方法是指利用激光冷却原子并获得超冷铯原子的基础上，通过外加磁场将两个处于散射态的原子变成一个处于束缚态的超冷基态双原子铯分子。该方法对超冷铯原子的温度要求极高(通常要求温度低于luK)，且形成的超冷基态双原子铯分子能级高、束缚弱，极易分解成两个原子。超冷铯原子的光缔合方法是指被囚禁于磁光阱中的超冷铯原子在光缔合激光的作用下，一对基态的相互碰撞的超冷铯原子共振吸收一个光缔合光子(该光子的频率负失谐于原子的共振跃迁线)，形成某一振转能级的激发态分子，然后通过自发辐射或受激辐射形成稳定的超冷基态双原子铯分子。然而，由自发辐射所形成的超冷基态双原子铯分子产率很低，必须在高真空的磁光阱中利用飞行时间质谱技术才能测量到，而测量过程通常会对超冷基态双原子铯分子造成破坏。受激辐射虽然可以大大提高超冷基态双原子铯分子的产率，但是需要将光缔合激光和受激辐射的激光进行相干的锁定，技术难度很大。基于此，有必要发明一种全新的制备及测量超冷基态双原子铯分子的技术，以解决现有超冷基态双原子铯分子制备及测量技术对超冷铯原子的温度要求高、形成的超冷基态双原子铯分子易分解成两个原子、超冷基态双原子铯分子产率低、测量过程中会对已形成的超冷基态双原子铯分子造成破坏、以及技术难度大的问题。

发明内容
本发明为了解决现有超冷基态双原子铯分子制备及测量技术对超冷铯原子的温度要求高、形成的超冷基态双原子铯分子易分解成两个原子、超冷基态双原子铯分子产率低、测量过程中会对已形成的超冷基态双原子铯分子造成破坏、以及技术难度大的问题，提供了一种直接产生超冷基态双原子铯分子及其测量的方法和装置。
本发明是采用如下技术方案实现的直接产生超冷基态双原子铯分子及其测量的方法，该方法是采用如下步骤实现的a.用磁光阱将铯原子冷却形成超冷铯原子，并将超冷铯原子囚禁于高真空石英玻璃泡中；b.将光缔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铯原子在光缔合激光的作用下形成长程激发态双原子铯分子；所形成的长程激发态双原子铯分子处于具有双势阱结构的势能曲线的外势阱中；c.处于外势阱中的长程激发态双原子铯分子由外势阱隧穿到内势阱中形成短程激发态双原子铯分子；短程激发态双原子铯分子经自发辐射形成基态双原子铯分子，辐射过程中产生荧光；d.用透镜收集荧光，并对收集到的荧光进行整形使之变成平行光 束；然后用荧光探测装置对其进行探测。所述 步骤a-b中，超冷 铯原 子处 于
权利要求
1.一种直接产生超冷基态双原子铯分子及其测量的方法，其特征在于该方法是采用如下步骤实现的 a.用磁光阱将铯原子冷却形成超冷铯原子，并将超冷铯原子囚禁于高真空石英玻璃泡中； b.将光缔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铯原子在光缔合激光的作用下形成长程激发态双原子铯分子；所形成的长程激发态双原子铯分子处于具有双势阱结构的势能曲线的外势阱中； c.处于外势阱中的长程激发态双原子铯分子由外势阱隧穿到内势阱中形成短程激发态双原子铯分子；短程激发态双原子铯分子经自发辐射形成基态双原子铯分子，辐射过程中产生突光； d.用透镜收集荧光，并对收集到的荧光进行整形使之变成平行光束；然后用荧光探测装置对其进行探测。
2.根据权利要求I所述的直接产生超冷基态双原子铯分子及其测量的方法，其特征在于所述步骤a-b中，超冷铯原子处于 态；所述步骤b中，光缔合激光的频率负失谐于铯原子Mw跃迁线6. 2cm-l ;所形成的长程激发态双原子铯分子处于具有双势阱结构的态的势能曲线的外势阱中；所述步骤c中，辐射的荧光的波段在835nm附近。
3.一种直接产生超冷基态双原子铯分子及其测量的装置，该装置用于实现如权利要求I或2所述的直接产生超冷基态双原子铯分子及其测量的方法，其特征在于包括铯源(I )、无缝不锈钢真空管(2)、溅射离子泵(3)、磁光阱、光缔合激光(16)、透镜组、反射镜组、以及荧光探测装置；所述磁光阱包括高真空石英玻璃泡(4)、第一磁场线圈(5)、第二磁场线圈(6)、第一俘获光(7)、第二俘获光(8)、第三俘获光(9)、第四俘获光(10)、第五俘获光(11)、第六俘获光(12)、第一再泵浦激光(13)、以及第二再泵浦激光(14);所述透镜组包括第一透镜(17)、第二透镜(18)、第三透镜(19)、第四透镜(22)、以及第五透镜(23);所述反射镜组包括第一反射镜(20)、以及第二反射镜(21);所述荧光探测装置包括带通滤光片(24)、单色分光仪(25)、雪崩光电二极管(26)、锁相放大器(27)、以及数字示波器(28);其中，铯源(I)和溅射离子泵(3 )通过无缝不锈钢真空管(2 )与高真空石英玻璃泡(4)连接；第一磁场线圈(5)和第二磁场线圈(6)为一对间距等于半径的共轴线圈，对称置于高真空石英玻璃泡(4)的上端和下端，电流等大反向构成了标准的反亥姆霍兹线圈；第一俘获光(7)和第二俘获光(8)相向传播；第三俘获光(9)和第四俘获光(10)相向传播；第五俘获光(11)和第六俘获光(12)相向传播；第一俘获光(7)的传播方向、第三俘获光(9)的传播方向、第五俘获光(11)的传播方向两两互相垂直；第一再泵浦激光(13)经反射镜后沿原路返回形成第二再泵浦激光(14);第一俘获光(7)、第二俘获光(8)、第三俘获光(9)、第四俘获光(10)、第五俘获光(11)、第六俘获光(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)中并交于一点；光缔合激光(16)经第一透镜(17)会聚并入射到高真空石英玻璃泡(4)中；第二透镜(18)置于高真空石英玻璃泡(4)的侧面；第三透镜(19)置于第二透镜(18)的后端；第一反射镜(20)和第二反射镜(21)位于第二透镜(18)和第四透镜(22)之间；第五透镜(23)置于第四透镜(22)后端；带通滤光片(24)置于第五透镜(23)后端；单色分光仪(25)置于带通滤光片(24)后端；雪崩光电二极管(26)的入射端与单色 分光仪(25)的出射端连接；锁相放大器(27)的输入端与雪崩光电二极管(26)的输出端连接；数字示波器(28)的输入端与锁相放大器(27)的输出端连接。
全文摘要
本发明涉及超冷分子制备及测量技术，具体是一种直接产生超冷基态双原子铯分子及其测量的方法和装置。本发明解决了现有超冷基态双原子铯分子制备及测量技术对超冷铯原子的温度要求高、形成的超冷基态双原子铯分子易分解成两个原子、超冷基态双原子铯分子产率低、测量过程中会对已形成的超冷基态双原子铯分子造成破坏、以及技术难度大的问题。直接产生超冷基态双原子铯分子及其测量的方法，该方法是采用如下步骤实现的a.将铯原子冷却形成超冷铯原子；b.超冷铯原子在光缔合激光的作用下形成长程激发态双原子铯分子；c.长程激发态双原子铯分子隧穿形成短程激发态双原子铯分子；d.用透镜收集荧光。本发明适用于超冷基态分子的制备和测量。
文档编号G01N21/64GK102735672SQ20121022830
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月4日 优先权日2012年7月4日
发明者张一驰, 李玉清, 武寄洲, 肖连团, 贾锁堂, 马杰 申请人:山西大学