原子束准直方法、原子束准直器、原子干涉仪、原子陀螺仪技术

本发明专利技术提供原子束准直方法、原子束准直器、原子干涉仪、原子陀螺仪。对原子束照射第一激光(701a)、第二激光(701b)、第三激光(701c)。第一激光与第三激光具有与基态和第一激发态之间的跃迁对应的波长。第二激光具有与基态和第二激发态之间的跃迁对应的波长。首先，由第一激光使在与原子束的行进方向正交的方向上具有比期望的速度小的速度分量的原子从基态跃迁至第一激发态。接着，由第二激光向处于基态的原子赋予动量。被赋予了动量的原子改变行进方向，从原子束中除去。最后，由第三激光使在正交方向上具有比期望的速度小的速度分量的原子从第一激发态返回基态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】原子束准直方法、原子束准直器、原子干涉仪、原子陀螺仪
本专利技术涉及原子束准直(collimation)技术。
技术介绍
近年来，准直的原子束已经被应用在原子束光刻以及原子干涉仪等中。作为对原子束进行准直的技术，例如已知利用在原子束的行进方向上隔着间隔的多个狭缝对从原子束源射出的原子束进行准直的技术、或利用二维磁光阱(two-dimensionalmagneto-opticaltrap：2D-MOT)机构对从原子束射出的原子进行准直的技术。关于前者的技术，例如参照非专利文献1的图2所示的结构。关于后者的技术，例如参照非专利文献2。现有技术文献非专利文献非专利文献1：St.Bernet，R.Abfalterer，C.Keller，M.Oberthaler，J.SchmiedmayerandA.Zeilinger，“Matterwavesintime-modulatedcomplexlightpotentials(时间调制的复杂光势中的物质波)”，Phys.Rev.A62，023606(2000)。非专利文献2：J.Schoser，A.Batar，R.Low，V.Schweikhard，A.Grabowski，Yu.B.OvchinnikovandT.Pfau，“IntensesourceofcoldRbatomsfromapuretwo-dimensionalmagneto-opticaltrap(来自纯二维磁光阱的冷铷原子的强大来源)”，PHYSICALREVIEWA，66，0234102002。
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题利用狭缝的原子束准直技术能够根据狭缝的配置实现良好的准直。但是，利用狭缝的原子束准直技术因狭缝而较大地限制原子束的行进，所以使原子通量降低。此外，利用狭缝的原子束准直技术因为原子束的行进方向上狭缝的间隔较长，所以不适合小型化。利用2D-MOT机构的原子束准直技术因为未限制原子束的行进，所以能够实现良好的原子通量。此外，利用2D-MOT机构的原子束准直技术与利用狭缝的原子束准直技术相比，能够以较小的尺寸，特别是原子束的行进方向上较小的尺寸来实施。但是，利用2D-MOT机构的原子束准直技术因冷却跃迁的自然宽度而在冷却温度上存在极限，所以难以实现良好的准直。本专利技术的目的在于提供一种原子束准直技术，与利用狭缝的原子束准直技术相比，能够以较小的尺寸，特别是原子束的行进方向上较小的尺寸来实施，且能够减少原子通量的降低，并且也能够实现良好的准直。用于解决技术问题的技术方案本专利技术的原子束准直方法具有：第一步骤，其通过对原子束照射具有与基态和第一激发态之间的跃迁对应的波长的第一激光，选择性地使原子束中在与原子束的行进方向正交的方向上具有比期望速度小的速度分量的的原子从基态跃迁至第一激发态；第二步骤，其在第一步骤之后，对原子束照射具有与基态和第二激发态之间的跃迁对应的波长的第二激光，由此而向原子束中处于基态的原子赋予反冲动量，其结果是，改变原子束中处于基态的原子的行进方向；第三步骤，其在第二步骤之后，对原子束照射具有与基态和第一激发态之间的跃迁对应的波长的第三激光，由此而使原子束中处于第一激发态的原子从第一激发态跃迁至基态。本专利技术的原子束准直器包括对原子束照射第一、第二、第三激光的照射部。原子束按照第一激光、第二激光、第三激光的顺序被照射。第一激光是具有与基态和第一激发态之间的跃迁对应的波长的激光。第二激光是具有与基态和第二激发态之间的跃迁对应的波长的激光。第三激光是具有与基态和第一激发态之间的跃迁对应的波长的激光。专利技术的效果根据本专利技术，与利用狭缝的原子束准直技术相比，能够以较小的尺寸，特别是原子束的行进方向上较小尺寸进行实施，且能够减少原子通量的降低，并且也能够实现良好的准直。附图说明图1是用于说明原子束准直的图。图2是用于说明原子束准直器的结构主要部件的尺寸的图。图3是用于说明基态、第一激发态、以及第二激发态的关系的图。图4是用于说明利用原子束准直器的马赫-曾德尔式原子干涉仪的图。图5是原子束准直的处理流程图。具体实施方式参照附图，说明本专利技术的实施方式。需要说明的是，附图用于实施方式的理解，图示的各结构主要部件的尺寸与实际的尺寸不同。在例示的实施方式中，原子束准直器700对来自收纳于真空容器200内的原子束源100的热原子束110进行准直。原子束源100连续生成热原子束。热原子束的速度例如为100m/s左右。对原子束源100的一个例子进行说明。原子束源100例如具有包括主体部100a、以及与主体部100a连通的喷嘴100b的结构。在主体部100a中，通过对由纯度较高的单一元素形成的固体进行加热而得到气体原子。在主体部100a中得到的气体原子作为热原子束110，从加热的喷嘴100b向原子束源100的外部射出。作为上述原子束源100的结构的一个例子，参照参考文献1的图1。(参考文献1)CvejanovicDandMurrayAJ，“Designandcharacterizationofanatomicbeamovenforcombinedlaserandelectronimpactexperiments(用于激光与电子碰撞实验的原子束炉的设计和特征)”，Meas.Sci.Tech.131482-1487(2002).热原子束110的行进方向是连接热原子束110所包含的原子密度分布的峰值而得到的线的延伸方向，通常，与喷嘴100b的射出方向、即喷嘴100b的中心轴所延伸的方向一致。因为由位于喷嘴100b前端的排出孔缩窄的气体原子的流动不是平行流而是克努森流、也就是由微小立体角喷出的喷出流，所以热原子束110包含具有与热原子束的行进方向正交的方向上的速度分量的原子。下面，将“与热原子束的行进方向正交的方向”只称呼为“正交方向”。只要能够从热原子束110中除去在正交方向具有足够小的速度分量的原子以外的原子，能够实现热原子束110的良好准直。基于该概念的实施方式的概要如下所述。首先，使在正交方向具有足够小的速度分量的原子从基态跃迁至第一激发态。这对于原子来说可以说是向安全地带的疏散。接着，在处于第一激发态的原子通过自发发射而降至基态之前，向处于基态的原子、即在正交方向具有足够小的速度分量的原子以外的原子赋予动量。赋予了动量后的原子的行进方向被改变，赋予了动量后的原子大多被从热原子束110中除去。最后，通过受激发射，使在正交方向上具有足够小的速度分量的原子从第一激发态返回基态。这对于原子来说可以说是解除疏散。其结果是，在热原子束110中只剩余在正交方向上具有足够小的速度分量的原子。在上述实施方式中，使用沿原子束的行进方向并排的三个激光。激光优选为高斯光束。三个激光沿着原子束的行进方向的配置可以具有比在利用狭缝的原子束准直技术中原子束的行进方向上的狭缝的间隔更短的全长。另外，因为未限制在正交方向上具有足够小的速度分量的原子的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种原子束准直方法，其特征在于，具有：/n第一步骤，对原子束照射具有与基态和第一激发态之间的跃迁对应的波长的第一激光，由此选择性地使所述原子束中在与所述原子束的行进方向正交的方向上具有比期望速度小的速度分量的原子从所述基态跃迁至所述第一激发态；/n第二步骤，其在所述第一步骤之后，对所述原子束照射具有与所述基态和第二激发态之间的跃迁对应的波长的第二激光，由此向所述原子束中处于所述基态的原子赋予反冲动量，其结果是，改变所述原子束中处于所述基态的原子的行进方向；/n第三步骤，其在所述第二步骤之后，对所述原子束照射具有与所述基态和所述第一激发态之间的跃迁对应的波长的第三激光，由此使所述原子束中处于所述第一激发态的原子从所述第一激发态跃迁至所述基态。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181207 JP 2018-2297621.一种原子束准直方法，其特征在于，具有：
第一步骤，对原子束照射具有与基态和第一激发态之间的跃迁对应的波长的第一激光，由此选择性地使所述原子束中在与所述原子束的行进方向正交的方向上具有比期望速度小的速度分量的原子从所述基态跃迁至所述第一激发态；
第二步骤，其在所述第一步骤之后，对所述原子束照射具有与所述基态和第二激发态之间的跃迁对应的波长的第二激光，由此向所述原子束中处于所述基态的原子赋予反冲动量，其结果是，改变所述原子束中处于所述基态的原子的行进方向；
第三步骤，其在所述第二步骤之后，对所述原子束照射具有与所述基态和所述第一激发态之间的跃迁对应的波长的第三激光，由此使所述原子束中处于所述第一激发态的原子从所述第一激发态跃迁至所述基态。


2.一种原子束准直器，其特征在于，
包括照射部，其对原子束照射第一激光、第二激光、第三激光，
所述原子束按照所述第一激光、所述第二激光、所述第三激光的顺序被照射，
所述第一激光是具有与基态和第一激发态之间的跃迁对应的波长的激光，
所述第二激光是具有与所述基态和第二激发态之间的跃迁对应的波长的激光，
所述第三激光是具有与所述基态与所述第一激发态之间的跃迁对应的波长的激光。


3.如权利要求2所述的原子束准直器，其特征在于，
Δv＝Γ/k1成立，其中，所述原子束通过所述第一激光而由此从所述基态跃迁至所述第一激发态的所述原子束中的原子的、与所述原子束的行进方向正交的方向上的速度分量的规定最大值为Δv，所述原子束通过所述第一激光而由此从所述基态跃迁至所述第一激发态的所述原子束中的原子的吸收光谱线的半值全宽为Γ，所述第一激光的波数为k1。


4.如权利要求2或3所述的原子束准直器，其特征在于，
τ1≥(D+W1/2+W3/2)/V成立，其中，所述第一激发态的寿命为τ1，所述第一激光的中心轴与所述第三激光的中心轴的轴间距离为D，所述第一激光的束宽为W1，所述第三激光的束宽为W3，所述原子束的行进方向的原子的平均速度为V。


5.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：上妻干旺，井上遼太郎，细谷俊之，田中敦史，
申请(专利权)人：日本航空电子工业株式会社，国立大学法人东京工业大学，
类型：发明
国别省市：日本;JP