本發(fā)明屬于原子干涉儀原子冷卻與囚禁，具體涉及一種雙原子團同步冷卻與囚禁系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、原子重力梯度儀可用于精確測量重力梯度等信息，在資源勘探、自主導航、重力場繪制等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。原子重力梯度儀主要通過激光同時囚禁和操控兩團原子團，再探測原子團布居數(shù)信息來提取重力梯度信息。在測量過程中，兩團原子團具有絕大部分相同的噪聲源，通過差分計算可以有效抑制共模噪聲，因此原子重力梯度儀具有極高的測量靈敏度和準確度。

2、目前，冷卻與囚禁原子的方法主要有“六束激光對射式”，“三束激光反射式”和“單光束角錐反射式”。在原子重力梯度儀中，前兩種方法分別需要十二束和六束激光才能囚禁兩團原子團，第三種方法僅需要一束激光就能同時囚禁兩團原子團，顯著降低了系統(tǒng)復雜程度和裝調(diào)難度，目前已得到廣泛應(yīng)用。

3、莫奎斯公司公開了一種冷原子重力梯度儀（專利公布號cn105026960a），該梯度儀通過一個大角錐鏡和一個小角錐鏡實現(xiàn)兩團原子團的同步冷卻與囚禁，但由于作用于兩個原子團的激光功率和光束大小不同，兩團原子團的一致性差，嚴重影響原子重力梯度儀的干涉測量結(jié)果；華中科技大學公開了一種基于錯位錐鏡的原子重力梯度儀（專利公布號cn114236629a），該梯度儀通過錯位放置兩個特殊的圓錐鏡，使作用于兩個原子團的激光功率以及光束大小相同，實現(xiàn)了兩團原子團的同步冷卻與囚禁，提高了原子團囚禁的一致性，但該專利中提出的圓錐鏡結(jié)構(gòu)特殊，加工較困難，且對裝配精度要求高。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明專利提供一種基于半透半反角錐鏡的雙原子團同步冷卻與囚禁系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中雙原子團冷卻與囚禁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜、雙原子團一致性差的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種雙原子團同步冷卻與囚禁系統(tǒng)，包括與沿豎直方向傳播的激光束同軸設(shè)置的第一錐鏡和第二錐鏡、第一磁場線圈對和第二磁場線圈對以及四分之一波片和四分之一波片下方的平面反射鏡，所述的第一錐鏡和第二錐鏡具有與激光束呈45°夾角的反射面，所述的第一磁場線圈對中的兩個線圈分別對稱放置在第一錐鏡中心平面兩側(cè)，第二磁場線圈對中的兩個線圈分別對稱放置在第二錐鏡中心平面兩側(cè)，所述的四分之一波片和平面反射鏡的法線重合，且與激光束同軸；激光束經(jīng)過第一錐鏡反射形成兩對水平方向?qū)ο騻鞑サ睦鋮s光，該激光束經(jīng)過平面反射鏡反射形成一對豎直方向?qū)ο騻鞑サ睦鋮s光，與上述兩對冷卻光一起共三對冷卻光與第一磁場線圈對實現(xiàn)第一原子團的冷卻與囚禁；激光束經(jīng)過平面反射鏡反射形成一對豎直方向?qū)ο騻鞑サ睦鋮s光，經(jīng)過第一錐鏡透射的激光束會被第二錐鏡反射，形成兩對水平方向?qū)ο騻鞑サ睦鋮s光，與上述一對冷卻光一起共三對冷卻光與第二磁場線圈對實現(xiàn)第二原子團的冷卻與囚禁。

3、進一步，所述的第一錐鏡和第二錐鏡均為至少有四個反射面的空心四棱臺或圓臺結(jié)構(gòu)角錐鏡，兩兩相對的反射面夾角為90°；所述第一錐鏡可以實現(xiàn)反射一半功率的激光束和透射一半功率的激光束；所述第二錐鏡可以實現(xiàn)反射全部功率的激光束。

4、進一步，所述的激光束直徑不小于錐鏡對角線的長度，以合適的偏振態(tài)作用于第一錐鏡和第二錐鏡。

5、進一步，所述的激光束沿豎直方向自上而下或自下而上傳播，根據(jù)激光束傳播方向不同，可調(diào)整第一角錐鏡、第二角錐鏡、四分之一波片以及平面反射鏡的放置姿態(tài)。

6、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請的技術(shù)方案具有以下有益技術(shù)效果：

7、本發(fā)明采用了一個半透半反的角錐鏡和一個全反射的角錐鏡實現(xiàn)了單光束的雙原子團同步冷卻與囚禁，降低了系統(tǒng)的復雜程度，解決了雙原子團囚禁一致性差的問題，并有效提升了原子重力梯度儀的測量靈敏度和準確度。

技術(shù)特征：

1.一種雙原子團同步冷卻與囚禁系統(tǒng)，其特征在于，包括與激光束（101）同軸設(shè)置的第一錐鏡（103）和第二錐鏡（105）、第一磁場線圈對（102）和第二磁場線圈對（104）以及四分之一波片（106）和四分之一波片（106）后方的平面反射鏡（107），所述的第一錐鏡（103）和第二錐鏡（105）具有與激光束（101）呈45°夾角的反射面，所述的第一磁場線圈對（102）中的兩個線圈對稱放置在第一錐鏡（103）中心平面兩側(cè)，第二磁場線圈對（104）中的兩個線圈對稱放置在第二錐鏡（105）中心平面兩側(cè)，所述的四分之一波片（106）和平面反射鏡（107）的法線重合，且與激光束（101）同軸；激光束（101）經(jīng)過第一錐鏡（103）反射形成兩對對向傳播的冷卻光，經(jīng)過平面反射鏡（107）反射形成一對對向傳播的冷卻光，與上述兩對冷卻光一起與第一磁場線圈對（102）實現(xiàn)第一原子團的冷卻與囚禁；經(jīng)過第一錐鏡（103）透射的激光束（101）被第二錐鏡（105）反射，形成兩對對向傳播的冷卻光，與上述一對冷卻光一起與第二磁場線圈對（104）實現(xiàn)第二原子團的冷卻與囚禁。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙原子團同步冷卻與囚禁系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一錐鏡（103）和第二錐鏡（105）均為至少有四個反射面的空心四棱臺或圓臺結(jié)構(gòu)角錐鏡，兩兩相對的反射面夾角為90°；所述第一錐鏡（103）實現(xiàn)反射一半功率的激光束和透射一半功率的激光束；所述第二錐鏡（105）實現(xiàn)反射全部功率的激光束。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種雙原子團同步冷卻與囚禁系統(tǒng)，其特征在于，所述的激光束（101）直徑不小于錐鏡對角線的長度，以偏振態(tài)作用于第一錐鏡（103）和第二錐鏡（105）。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種雙原子團同步冷卻與囚禁系統(tǒng)，其特征在于，所述的激光束（101）沿豎直方向自上而下或自下而上傳播。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種雙原子團同步冷卻與囚禁系統(tǒng)，包括激光束、第一磁場線圈對、第一錐鏡、第二磁場線圈對、第二錐鏡、四分之一波片和平面反射鏡；第一錐鏡反射一半功率的激光束和透射另一半功率的激光束，第二錐鏡反射全部功率的激光，激光束自上而下傳播，經(jīng)過第一錐鏡和第二錐鏡后形成冷卻光對，結(jié)合磁場線圈對對作用，即可實現(xiàn)雙原子團的同步冷卻與囚禁。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，便于實現(xiàn)，同時能有效提升兩團原子團囚禁的一致性。

技術(shù)研發(fā)人員：宋宏偉,王棟添,王晨晟,孫仁平,田川,胡敏
受保護的技術(shù)使用者：武漢華中曠騰光學科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28