ГЕНЕРАТОР ПУЧКА МЕДЛЕННЫХ АТОМОВ, ФИЗИЧЕСКИЙ ПАКЕТ, ФИЗИЧЕСКИЙ ПАКЕТ ДЛЯ ЧАСОВ НА ОПТИЧЕСКОЙ РЕШЕТКЕ, ФИЗИЧЕСКИЙ ПАКЕТ ДЛЯ АТОМНЫХ ЧАСОВ, ФИЗИЧЕСКИЙ ПАКЕТ ДЛЯ АТОМНОГО ИНТЕРФЕРОМЕТРА, ФИЗИЧЕСКИЙ ПАКЕТ ДЛЯ УСТРОЙСТВА КВАНТОВОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ И СИСТЕМА ФИЗИЧЕСКОГО ПАКЕТА Российский патент 2025 года по МПК G04F5/14 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к устройству генерации пучка медленных атомов, физическому пакету, физическому пакету для часов на оптической решетке, физическому пакету для атомных часов, физическому пакету для атомного интерферометра, физическому пакету для устройства квантовой обработки информации и системе физического пакета.

Уровень техники

[0002] Часы на оптической решетке представляют собой атомные часы, предложенные КАТОРИ Хидетоши, который является одним из изобретателей по настоящей заявке. Часы на оптической решетке удерживают атомы в оптической решетке, сформированной лазерным излучением, и измеряют резонансную частоту в диапазоне видимого света. Соответственно, часы на оптической решетке могут достигать 18-значной точности измерения, которая превосходит точность современных цезиевых часов. Часы на оптической решетке активно исследовались и разрабатывались не только группой, включающей авторов настоящего изобретения, но и различными группами внутри и за пределами нашей страны, и были разработаны как атомные часы следующего поколения.

[0003] Новейшая технология часов на оптической решетке раскрыта, например, в нижеперечисленных патентных документах 1-3. Патентный документ 1 раскрывает, что одномерная движущаяся оптическая решетка сформирована в оптическом волноводе, имеющем полый канал. Патентный документ 2 раскрывает аспект установки эффективной магической частоты. Патентный документ 3 раскрывает радиационную защиту, которая уменьшает неблагоприятное воздействие излучения абсолютно черного тела, испускаемого окружающими стенками.

[0004] Часы на оптической решетке измеряют время с высокой точностью. Соответственно, часы на оптической решетке могут обнаруживать перепад высот на Земле в 1 см на основе общего релятивистского эффекта, обусловленного гравитацией, как отклонение по временной шкале. Соответственно, если часы на оптической решетке сделать миниатюрными, транспортабельными и пригодными для использования в полевых условиях за пределами лаборатории, они будут применимы к новым геодезическим технологиям, таким как разведка подземных ресурсов и обнаружение подземных полостей и магматических очагов. Часы на оптической решетке производятся серийно и устанавливаются во многих местах, а временные изменения гравитационного потенциала непрерывно отслеживаются, что позволяет применять их в таких приложениях, как обнаружение диастрофизма и пространственное картирование гравитационного поля. Таким образом, ожидается, что часы на оптической решетке внесут свой вклад в общество как новая фундаментальная технология, выходящая за рамки высокоточного измерения времени.

[0005] В этой связи, в последние годы разрабатывается точное измерительное устройство, использующее медленные атомы, охлажденные до температуры, близкой к абсолютному нулю, с помощью лазерного излучения. Для такого точного измерительного устройства важно эффективно генерировать пучок медленных атомов при высокой интенсивности потока.

[0006] Устройством, в котором возможно использовать устройство генерации пучка медленных атомов, могут быть часы на оптической решетке, описанные выше. В последние годы нейтральные атомы, охлажденные до чрезвычайно низкой температуры, привлекают внимание как кубиты базовой единицы квантовой информации. Квантовый компьютер, использующий охлажденные атомы в качестве кубитов, меньше подвержен влиянию окружающей среды, чем в случае использования других кубитов, таких как электронные спины и ядерные спины в твердом теле или жидкости. Соответственно, квантовая информация может удерживаться в течение длительного периода времени. Кроме того, ожидаются преимущества увеличения числа кубитов с использованием технологии конденсации Бозе-Эйнштейна.

[0007] Типичным примером устройства генерации пучка медленных атомов является устройство, состоящее из атомно-лучевой печи, зеемановского замедлителя и трехмерной магнитооптической ловушки.

[0008] Атомно-лучевая печь генерирует пучок атомов с улучшенной коллимацией через сопло путем термической сублимации, а также светоиндуцированного осаждения. Средняя скорость генерируемого пучка атомов соответствует распределению Максвелла-Больцмана, характеризуемому температурой, и составляет несколько сотен метров в секунду в типичных экспериментальных условиях.

[0009] Зеемановский замедлитель формирует градиентное магнитное поле относительно направления, в котором движется пучок атомов, а затем облучает пучок атомов лазерным излучением, таким образом замедляя пучок атомов за счет давления излучения.

[0010] Например, трехмерная магнитооптическая ловушка формирует квадрупольное магнитное поле вокруг центра области ловушки, а затем облучает центр лазерным излучением в шести направлениях, тем самым захватывая атомы. Однако такая трехмерная магнитооптическая ловушка требует использования конфигурации для излучения лазерного излучения по меньшей мере в шести направлениях и конфигурации для формирования градиентного магнитного поля, охватывающего относительно широкое пространство. Такая конфигурация препятствует миниатюризации и экономии электроэнергии устройства.

[0011] В качестве другого устройства, предложено устройство, в котором конфигурация, содержащая атомно-лучевую печь и трехмерную магнитооптическую ловушку, объединена с двумерной магнитооптической ловушкой. Например, двумерная магнитооптическая ловушка формирует двумерное квадрупольное магнитное поле вокруг центра области ловушки, а затем облучает центр лазерным излучением в четырех направлениях, тем самым захватывая атомы. Захваченные атомы притягиваются толкающим лазерным лучом и транспортируются в трехмерную магнитооптическую ловушку.

[0012] Патентный документ 4 раскрывает двумерное магнитооптическое улавливающее устройство, содержащее 3+n пар встречно-распространяющихся улавливающих лазерных лучей, для работы МОТ с высокой частотой повторения и высоким рабочим циклом.

[0013] Ввиду уменьшения количества падающих лазерных лучей и упрощения конфигурации устройства предлагается устройство, которое будет описано ниже.

[0014] Патентный документ 5 раскрывает устройство генерации пучка медленных атомов, которое содержит: генератор атомного газа; и устройство охлаждения атомов, которое находится рядом с генератором атомного газа, включает в себя коническое зеркало и реализует способ двумерной магнитооптической ловушки.

[0015] Патентный документ 6 раскрывает устройство генерации пучка медленных атомов, которое содержит: генератор атомного газа; и устройство охлаждения атомов, которое находится рядом с генератором атомного газа, включает в себя четырехугольное пирамидальное зеркало и реализует способ двумерной магнитооптической ловушки.

[0016] Эти устройства генерации пучка атомов представляют собой устройства, предназначенные для щелочных металлов (элементов группы 1) в качестве атомов. Соответственно, трудно получить достаточную интенсивность атомного потока при низком давлении пара.

[0017] Ниже в таблице 1 показаны элементы-металлы и соответствующие температуры (по Цельсию), при которых давление пара составляет 10^-5 Па.

Элементы и соответствующие температуры при давлении пара 10^-5 Па

[0018] Цезий и рубидий, которые являются щелочными металлами, имеют низкие температуры для образования газовой фазы и высокое давление паров даже при комнатной температуре (25°С). Соответственно, при работе генератора атомного газа в условиях очень высокого вакуума при комнатной температуре, состояние атомов может переходить из твердой фазы в газовую фазу без использования нагревательного устройства.

[0019] Однако стронций и ему подобные, которые относятся к элементам группы 2, и иттербий и им подобные имеют относительно высокие температуры для образования газовой фазы и низкие давления паров при комнатной температуре. Следовательно, обычным устройствам генерации пучка медленных атомов, предназначенным для элементов группы 1, трудно достичь достаточных интенсивностей атомного потока элементов, имеющих низкое давление пара.

[0020] Патентный документ 7 раскрывает устройство генерации пучка медленных атомов, которое включает в себя устройство охлаждения атомов и атомную ячейку, снабженную нагревательным устройством. В устройстве генерации пучка медленных атомов газообразные атомы генерируются нагревательным устройством, нагревающим щелочноземельный металл, такой как стронций. Оптические окна, позволяющие лазерному лучу проникать внутрь устройства генерации пучка медленных атомов снаружи, изготовлены из сапфира или силикатного стекла с высоким содержанием глинозема. Таким образом, нагретый стронций или газообразные атомы стронция обладают свойством коррозионной стойкости.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПАТЕНТНАЯ ЛИТЕРАТУРА

[0021]

Патентный документ 1: JP 6206973 В.

Патентный документ 2: JP 2018-510494 А.

Патентный документ 3: JP 2019-129166 А.

Патентный документ 4: USP 8835833.

Патентный документ 5: USP 6303928.

Патентный документ 6: USP 8373112.

Патентный документ 7: USP 9117563.

Раскрытие сущности изобретения

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА

[0022] В устройстве генерации пучка медленных атомов, раскрытом в вышеупомянутом патентном документе 7, четыре боковые поверхности или шесть боковых поверхностей (все боковые поверхности) устройства состоят из оптических окон. Следовательно, через оптические окна увеличивается тепловое излучение от нагретого устройства генерации пучка медленных атомов наружу. В результате это увеличение служит причиной выделения тепла или нарушает точность измерений.

[0023] Задачей настоящего изобретения является создание малогабаритного устройства генерации пучка атомов с низкой скоростью и высокой интенсивностью для атомов, имеющих низкое давление насыщенного пара при комнатной температуре.

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ

[0024] В одном аспекте настоящего изобретения предусмотрено устройство генерации пучка медленных атомов, содержащее: высокотемпературную кювету, которая включает в себя источник атомов, оптическое окно, которое предусмотрено на одном конце и через которое предусмотрена возможность прохождения лазерного излучения, и прямоугольное коническое зеркало, которое предусмотрено на другом конце, имеет отверстие на вершине и отражает, в направлении указанного одного конца, лазерное излучение, прошедшее через оптическое окно, частью, отличной от указанного отверстия; нагреватель, который генерирует атомный газ в высокотемпературной кювете из источника атомов путем нагревания высокотемпературной кюветы; устройство генерации магнитного поля, которое генерирует магнитное поле в области, где пересекается лазерное излучение, отраженное прямоугольным коническим зеркалом; и экран теплового излучения, который закрывает часть высокотемпературной кюветы, отличную от указанного отверстия, при этом устройство генерации пучка медленных атомов формирует пучок атомов из атомного газа благодаря использованию магнитооптической ловушки, реализуемой с помощью лазерного излучения и магнитного поля, и излучает пучок атомов через указанное отверстие наружу.

[0025] Согласно описанной выше конфигурации, даже в случае использования элемента, который имеет низкое давление насыщенного пара при комнатной температуре (например, 27°С) и не может обеспечить достаточное количество атомного газа, достаточное количество атомного газа может быть получено путем нагревания высокотемпературной кюветы нагревателем. Магнитооптическая ловушка реализована с помощью лазерного излучения, отражаемого прямоугольным коническим зеркалом, и магнитного поля, формируемого устройством генерации магнитного поля, и, таким образом, улавливает и охлаждает атомы. Охлажденные атомы выводятся наружу из устройства генерации пучка медленных атомов, например, с помощью толкающего лазерного излучения. Соответственно, формируется пучок медленных атомов. Использование экрана теплового излучения может предотвратить выход теплового излучения наружу устройства генерации пучка медленных атомов, даже когда высокотемпературная кювета нагревается нагревателем. В результате может быть предотвращено снижение точности измерений, вызванное окружающим электрическим полем из-за излучения абсолютно черного тела.

[0026] Источник атомов, описанный выше, может представлять собой стронций. Использование описанной выше конфигурации позволяет генерировать пучок медленных атомов стронция. Стронций - лишь один из примеров. В качестве другого примера может быть использован иттербий. Можно использовать другой элемент, который имеет очень низкое давление пара при комнатной температуре для получения достаточного потока пучка атомов. Температура нагревателя может быть изменена в зависимости от используемого элемента. Например, путем установки заданной температуры нагревателя до значения, при котором может быть получен атомный газ используемого элемента, можно получить достаточное количество атомного газа относительно такого элемента.

[0027] Устройство генерации магнитного поля может быть расположено в пространстве, закрытом экраном теплового излучения. В соответствии с этой конфигурацией, даже в случае, когда в качестве устройства генерации магнитного поля используются катушки, тепловое излучение от катушек наружу может быть уменьшено.

[0028] Устройство генерации магнитного поля может быть расположено за пределами пространства, закрытого экраном теплового излучения. В этом случае, благодаря использованию в качестве устройства генерации магнитного поля постоянных магнитов вместо катушек, не требуется дополнительно обеспечивать экран теплового излучения для подавления теплового излучения от постоянного магнита.

[0029] Устройство генерации пучка медленных атомов может дополнительно включать в себя оптическое окно с холодным фильтром, предусмотренное на оптическом пути лазерного излучения, входящего в оптическое окно, между оптическим окном и прямоугольным коническим зеркалом. Путем использования оптического окна с холодным фильтром, может быть предотвращен выход теплового излучения наружу устройства генерации пучка медленных атомов, даже при нагревании высокотемпературной кюветы нагревателем.

[0030] Катушка может служить в качестве как устройства генерации магнитного поля, так и нагревателя.

[0031] Устройство генерации пучка медленных атомов может дополнительно включать в себя управляющее устройство, которое генерирует магнитное поле для реализации магнитооптической ловушки посредством катушки и генерирует тепло для нагрева высокотемпературной кюветы посредством катушки, путем управления током, протекающим через катушку.

[0032] Устройство генерации магнитного поля может представлять собой постоянный магнит, который имеет цилиндрическую форму, охватывающую высокотемпературную кювету, и намагничен в радиальном направлении.

[0033] Устройство генерации магнитного поля может представлять собой тетракойл (англ. tetracoil, т.е. четырех катушечную систему излучения) с антисимметричной обмоткой, состоящий всего из четырех полос тока, или катушку с антисимметричной обмоткой, состоящую из шести или более четных полос тока, причем тетракойл или катушка образуют антисимметричное распределение тока относительно центральной точки.

[0034] Устройство генерации пучка медленных атомов может дополнительно включать в себя управляющее устройство, причем высокотемпературная кювета имеет 2n-осесимметричную форму (n - целое число, равное двум или более), устройство генерации магнитного поля представляет собой 2n (n - целое число, равное двум или более) катушек прямоугольной формы или седловидной формы, которые имеют одинаковую форму и расположены на боковых поверхностях, охватывающих 2n осей вращательной симметрии высокотемпературной кюветы, и управляющее устройство генерирует двумерное квадрупольное магнитное поле от устройства генерации магнитного поля посредством пропускания токов по катушкам, которые обращены друг к другу и между которыми проходят 2n осей вращательной симметрии высокотемпературной кюветы, в направлениях, противоположных друг другу.

[0035] Высокотемпературная кювета может иметь 2n-осесимметричную форму (n - целое число, равное двум или более), устройство генерирования магнитного поля может представлять собой 2n (n - целое число, равное двум или более) постоянных магнитов в форме четырехугольной призмы или дуговой призмы, которые имеют одинаковую форму и предусмотрены на боковых поверхностях, охватывающих 2n осей вращательной симметрии высокотемпературной кюветы, и постоянные магниты могут быть намагничены в угловых направлениях относительно осей симметрии, и направления намагничивания постоянных магнитов, обращенных друг к другу, между которыми проходят 2n осей вращательной симметрии, могут быть противоположны друг другу, образуя двумерное квадрупольное магнитное поле.

[0036] Устройство генерации пучка медленных атомов может дополнительно включать в себя съемное вакуумнепроницаемое окно, при этом при отсоединении вакуумнепроницаемого окна, источник атомов устанавливается в высокотемпературную кювету, или источник атомов извлекается из высокотемпературной кюветы.

[0037] Высокотемпературная кювета и прямоугольное коническое зеркало могут быть изготовлены из алюминия, металла, покрытого алюминием, или диэлектрика, покрытого алюминием.

[0038] Высокотемпературная кювета и прямоугольное коническое зеркало могут быть изготовлены из серебра, металла, покрытого серебром, или диэлектрика, покрытого серебром.

[0039] Высокотемпературная кювета и прямоугольное коническое зеркало могут быть изготовлены из стекла, покрытого оптической многослойной пленкой.

[0040] Оптическое окно может быть выполнено из сапфира.

[0041] В одном аспекте настоящего изобретения предусмотрен физический пакет, который включает в себя: устройство генерации пучка медленных атомов, описанное выше; и вакуумную камеру, которая окружает пространство часового перехода, где расположены атомы.

[0042] В одном аспекте настоящего изобретения предусмотрен физический пакет для часов на оптической решетке, содержащий физический пакет, описанный выше.

[0043] В одном аспекте настоящего изобретения предусмотрен физический пакет для атомных часов, содержащий физический пакет, описанный выше.

[0044] В одном аспекте настоящего изобретения предусмотрен физический пакет для атомного интерферометра, содержащий физический пакет, описанный выше.

[0045] В одном аспекте настоящего изобретения предусмотрен физический пакет для устройства квантовой обработки информации для атомов или ионизированных атомов, содержащий физический пакет, описанный выше.

[0046] В одном аспекте настоящего изобретения предусмотрена система физического пакета, которая включает в себя: физический пакет, описанный выше; и управляющее устройство, которое управляет работой физического пакета.

Полезный эффект изобретения

[0047] Согласно настоящему изобретению, может быть создано малогабаритное устройство для генерирования пучка атомов с низкой скоростью и высокой интенсивностью потока для атомов, имеющих низкое давление насыщенного пара при комнатной температуре.

Краткое описание чертежей

[0048] [Фиг.1] На фиг.1 представлена блок-схема, показывающая общую конфигурацию часов на оптической решетке в соответствии с вариантом осуществления.

[Фиг.2] На фиг.2 схематично показана конфигурация устройства генерации пучка медленных атомов в соответствии с первым вариантом осуществления.

[Фиг.3] На фиг.3 схематично показана конфигурация устройства генерации пучка медленных атомов в соответствии с первым вариантом осуществления.

[Фиг.4] На фиг.4 схематически показана конфигурация устройства генерации пучка медленных атомов в соответствии с первым вариантом осуществления.

[Фиг.5] На фиг.5 схематично показана конфигурация устройства генерации пучка медленных атомов в соответствии со вторым вариантом осуществления.

[Фиг.6] На фиг.6 схематично показана конфигурация устройства генерации пучка медленных атомов в соответствии с третьим вариантом осуществления.

[Фиг.7] На фиг.7 схематично показана конфигурация устройства генерации пучка медленных атомов в соответствии со четвертым вариантом осуществления.

[Фиг.8] На фиг.8 показан вид в перспективе керамической бобины.

[Фиг.9] На фиг.9 показан вид в перспективе нагревателя, который также служит в качестве устройства генерации магнитного поля.

[Фиг.10] На фиг.10 показан вид в перспективе нагревателя, который также служит в качестве устройства генерации магнитного поля.

[Фиг.11] На фиг.11 показаны катушки, образующие нагреватель, который также служит в качестве устройства генерации магнитного поля.

[Фиг.12] На фиг.12 показаны катушки, образующие нагреватель, который также служит в качестве устройства генерации магнитного поля.

[Фиг.13] На фиг.13 показаны катушки, образующие нагреватель, который также служит в качестве устройства генерации магнитного поля.

[Фиг.14] На фиг.14 приведен график, показывающий достигаемую температуру высокотемпературной кюветы в зависимости от высоты устройства генерации пучка медленных атомов.

Осуществление изобретения

[0049] <Конфигурация часов на оптической решетке>

Со ссылкой на фиг.1 описана схематическая конфигурация часов 10 на оптической решетке, в которых используется устройство генерации пучка медленных атомов в соответствии с этим вариантом осуществления. На фиг.1 представлена блок-схема, показывающая общую конфигурацию часов 10 на оптической решетке. Здесь описание приводится на примере часов 10 на оптической решетке в качестве одного из примеров устройства, использующего устройство генерации пучка медленных атомов. Само собой разумеется, что устройство генерации пучка медленных атомов в соответствии с этим вариантом осуществления может использоваться для устройства, отличного от часов 10 на оптической решетке.

[0050] Часы 10 на оптической решетке включают в себя, например, физический пакет 12, устройство 14 оптической системы, управляющее устройство 16 и ПК (персональный компьютер) 18.

[0051] Физический пакет 12 представляет собой устройство, которое улавливает совокупность атомов, заключает их в оптическую решетку и вызывает часовые переходы. Устройство 14 оптической системы представляет собой устройство, снабженное оптическими устройствами, которые включают в себя источник лазерного излучения для улавливания атомов, источник лазерного излучения для возбуждения часового перехода и устройство регулирования частоты лазера. Устройство 14 оптической системы не только передает лазерное излучение в физический пакет 12, но также выполняет процессы приема флуоресцентного сигнала, испускаемого совокупностью атомов в физическом пакете 12, преобразования его в электрический сигнал и обратной подачи сигнала в источник лазерного излучения для согласования с резонансной частотой атомов. Управляющее устройство 16 представляет собой устройство, которое управляет физическим пакетом 12 и устройством 14 оптической системы. Например, управляющее устройство 16 выполняет управление работой физического пакета 12, управление работой устройства 14 оптической системы и процессами анализа, такими как частотный анализ часового перехода, полученного путем измерения. Физический пакет 12, устройство 14 оптической системы и управляющее устройство 16 взаимодействуют друг с другом, таким образом реализуя функцию часов 10 на оптической решетке.

[0052] ПК 18 представляет собой компьютер общего назначения, который включает в себя процессор и память. Программное обеспечение выполняется посредством аппаратного обеспечения, которое включает в себя процессор и память, что реализует функцию ПК 18. Прикладная программа для управления часами 10 на оптической решетке установлена на ПК 18. ПК 18 соединен с управляющим устройством 16 и не только управляет управляющим устройством 16, но также полностью управляет часами 10 на оптической решетке, которые включают в себя физический пакет 12 и устройство 14 оптической системы. ПК 18 предоставляет пользовательский интерфейс (UI, от англ. User Interface) часов 10 на оптической решетке. Пользователь может выполнить активацию часов 10 на оптической решетке, измерение времени, подтверждение результата и тому подобное, посредством ПК 18.

[0053] Следует отметить, что система, которая включает в себя физический пакет 12 и конфигурацию, требуемую для управления физическим пакетом 12, иногда называется "системой физического пакета". Конфигурация, требуемая для управления, может быть включена в управляющее устройство 16 или ПК 18, или включена в физический пакет 12. Часть или вся функция управляющего устройства 16 может быть включена в физический пакет 12.

[0054] Далее подробно описано устройство генерации пучка медленных атомов в соответствии с этим вариантом осуществления.

[0055] <Конфигурация устройства генерации пучка медленных атомов согласно первому варианту осуществления>

Со ссылкой на фиг.2 описана конфигурация устройства генерации пучка медленных атомов в соответствии с первым вариантом осуществления. На фиг.2 схематично показана конфигурация устройства 100 генерации пучка медленных атомов в соответствии с первым вариантом осуществления. Далее предполагается, что ось, параллельная продольному направлению устройства 100 генерации пучка медленных атомов, называется осью X.

[0056] Устройство 100 генерации пучка медленных атомов включает в себя высокотемпературную часть и часть комнатной температуры в приблизительно классифицированном виде.

[0057] Высокотемпературная часть включает в себя прямоугольное коническое зеркало 102, оптическое окно 104, отверстие 106, нагреватель 108, образец 110, устройство 112 генерации магнитного поля, термометр 114 и высокотемпературную кювету 116.

[0058] Часть комнатной температуры включает в себя фланец 118, экран 120 теплового излучения, термоизолированные стержни 122, окно 124 холодного фильтра, вакуумнепроницаемое окно 126 и вакуумнепроницаемый электрический соединитель 128.

[0059] Высокотемпературная кювета 116 имеет осесимметричную форму относительно оси X. Высокотемпературная кювета 116 имеет, например, 2n-кратно осесимметричную форму (n - целое число, равное двум или более) относительно оси X. Высокотемпературная кювета 116 может иметь цилиндрическую форму.

[0060] Высокотемпературная кювета 116 включает в себя образец 110, служащий в качестве источника атомов, оптическое окно 104, которое предусмотрено на одном конце и через которое предусмотрена возможность прохождения лазерного излучения, и прямоугольное коническое зеркало 102, предусмотренное на другом конце. В высокотемпературной кювете 116 образовано пространство, осесимметричное относительно оси X; на внутренней поверхности предусмотрено прямоугольное коническое зеркало 102, обращенное к оптическому окну 104, предусмотренному на указанном одном конце. В случае, когда высокотемпературная кювета 116 имеет четырехкратную осесимметричность, вместо прямоугольного конического зеркала 102 предусмотрено прямоугольное четырехугольное пирамидальное зеркало. Прямоугольное коническое зеркало 102 отражает, в направлении оптического окна 104, лазерное излучение (лазерное излучение 130, описанное ниже), проходящее внутрь высокотемпературной кюветы 116 из оптического окна 104. Отверстие 106 образовано на вершине прямоугольного конического зеркала 102. Отверстие 106 представляет собой канал, который открывается на вершине. Поскольку вершина расположена на оси X, отверстие 106 расположено на оси X. Как описано ниже, пучок атомов испускается из отверстия 106 наружу высокотемпературной кюветы 116.

[0061] Термометр 114 предусмотрен на боковой поверхности высокотемпературной кюветы 116 и измеряет температуру высокотемпературной кюветы 116. Термометр 114 представляет собой, например, термометр с термопарой, термометр сопротивления, использующий платину или тому подобное.

[0062] Нагреватель 108, который нагревает высокотемпературную кювету, и устройство 112 генерации магнитного поля, которое генерирует магнитное поле, предусмотрены на внешней периферийной поверхности высокотемпературной кюветы 116.

[0063] Устройство 112 генерации магнитного поля генерирует магнитное поле для улавливания атомов с использованием способа магнитооптической ловушки (МОТ, от англ. magneto-optical trap) в высокотемпературной кювете 116. Устройство 112 генерации магнитного поля может быть предусмотрено на внешней периферийной поверхности высокотемпературной кюветы 116 или предусмотрено на внутренней поверхности экрана 120 теплового излучения.

[0064] Устройство 112 генерации магнитного поля может представлять собой катушку. Например, катушка представляет собой антигельмгольцеву катушку, которая имеет форму, осесимметричную относительно оси X, и позволяет токам протекать антисимметрично относительно центральной оси. Формирование магнитного поля с большим градиентом требует большого количества витков провода большого диаметра, что позволяет пропускать большой ток. Само собой разумеется, что может быть использована катушка, отличная от этой.

[0065] В случае, когда заданная температура высокотемпературной кюветы 116 составляет 250°С или меньше, для катушки используется медный провод с покрытием или т.п., устойчивая к воздействию температуры.

[0066] В случае, когда устройство 100 генерации пучка медленных атомов используется в высокотемпературной среде, например, как в случае, когда заданная температура высокотемпературной кюветы 116 составляет 270°С или т.п., например, для катушки используется медный провод без покрытия. Например, используется бобина, изготовленная из глиноземистой керамики или т.п. На бобине выполнены канавки таким образом, чтобы соседние медные провода не соприкасались друг с другом. Канавки используются в качестве направляющих, а медный провод наматывается на бобину.

[0067] В другом примере устройство 112 генерации магнитного поля может представлять собой постоянный магнит.Например, постоянный магнит представляет собой пару постоянных магнитов, которые имеют осесимметричную кольцевую форму и намагничены антисимметрично относительно центральной оси. В другом примере постоянный магнит может представлять собой постоянный магнит, который имеет цилиндрическую форму, охватывающую высокотемпературную кювету 116, и намагничен в радиальном направлении. Само собой разумеется, что может быть использован постоянный магнит, отличный от этих постоянных магнитов. Другой постоянный магнит описан ниже.

[0068] Допускается постоянный магнит, имеющий температуру Кюри, значительно превышающую заданную температуру. Например, в качестве постоянного магнита в соответствии с этим вариантом осуществления используется самарий-кобальтовый магнит, магнит алнико, стронциевый керамический магнит или т.п.

[0069] Устройство 112 генерации магнитного поля формирует квадрупольное магнитное поле, подходящее для прямоугольного конического зеркала 102. В случае, когда вместо прямоугольного конического зеркала 102 используется прямоугольное четырехугольное пирамидальное зеркало, в качестве устройства 112 генерации магнитного поля используются две пары антигельмгольцевых катушек или четыре постоянных магнита, которые расположены на расстоянии друг от друга в направлениях относительно центральной оси и образуют двумерное квадрупольное магнитное поле.

[0070] В другом примере устройство 112 генерации магнитного поля может представлять собой 2n-кратно симметричный набор катушек (n - целое число, равное двум или более), образованный 2n катушками прямоугольной формы или катушками седловидной формы, которые имеют одинаковую форму и расположены на боковых поверхностях (наружных периферийных поверхностях высокотемпературной кюветы 116), охватывающих ось симметрии высокотемпературной кюветы 116. Например, управляющее устройство 16 генерирует двумерное квадрупольное магнитное поле от устройства 112 генерации магнитного поля путем пропускания токов по катушкам, которые обращены друг к другу и между которыми проходят 2n осей вращательной симметрии, в направлениях, противоположных друг другу.

[0071] В еще одном примере устройство 112 генерации магнитного поля может представлять собой 2n-кратно симметричный набор постоянных магнитов (n - целое число, равное двум или более), образованный 2n постоянными магнитами в форме четырехугольной призмы или в форме дуговой призмы (постоянных магнитов, имеющих четырехугольные или дуговые сечения), которые имеют одинаковую форму и выполнены на боковых поверхностях (наружных периферийных поверхностях высокотемпературной кюветы 116), охватывающих ось симметрии высокотемпературной кюветы 116. Постоянные магниты намагничены в угловых направлениях (окружных направлениях, в которых охвачены оси симметрии) относительно осей симметрии. Направления намагничивания постоянных магнитов, которые обращены друг к другу и между которыми проходят 2n осей вращательной симметрии, являются направлениями, противоположными друг другу. Таким образом, формируется квадрупольное магнитное поле.

[0072] Нагреватель 108 нагревает высокотемпературную кювету 116 таким образом, что высокотемпературная кювета 116 может достигать заданной температуры. Например, нагреватель 108 нагревает часть или всю высокотемпературную кювету 116. Нагрев нагревателем 108 переводит состояние источника атомов из твердой фазы в газовую фазу, таким образом генерируется атомный газ, который выделяется в пространство в высокотемпературной кювете 116. Нагрев нагревателем 108 может предотвратить повторную конденсацию атомного газа, когда атомный газ сталкивается с оптическим окном 104, внутренней стенкой высокотемпературной кюветы 116 и т.п. Функция перевода состояния источника атомов из твердой фазы в газовую фазу может быть достигнута не только с помощью нагревателя 108, но и с помощью абляции с использованием лазера.

[0073] Образец 110 содержит источник атомов и размещен в отсеке, предусмотренном на боковой поверхности внутренней стенки высокотемпературной кюветы 116. Образец 110 может быть вставлен или извлечен через отверстие 106. Альтернативно, устройство генерации пучка медленных атомов может быть разобрано, и оптическое окно может быть вынуто, что позволяет вставлять или вынимать образец 110.

[0074] В качестве материала высокотемпературной кюветы 116 выбран материал, предотвращающий химическую реакцию высокотемпературной кюветы 116 с атомным газом и сплавление с атомным газом при заданной температуре.

[0075] Температуру высокотемпературной кюветы 116 задают таким образом, чтобы давление насыщенных паров образца 110 было достаточно высоким по отношению к степени вакуума окружающей среды, в которой установлен образец 110, а давление насыщенных паров части, подлежащей нагреву, такой как высокотемпературная кювета 116, было достаточно низким. Например, в случае, когда источником атомов является стронций, заданная температура высокотемпературной кюветы 116 задана равной 270°С или 270°С или выше.

[0076] Материалом прямоугольного конического зеркала 102 и высокотемпературной кюветы 116 может быть, например, алюминий, металл, покрытый алюминием, диэлектрик, покрытый алюминием, серебро, металл, покрытый серебром, диэлектрик, покрытый серебром, SUS (нержавеющая сталь), стекло, покрытое оптической многослойной пленкой или т.п. Диэлектрик изготавливается из керамики (например, высокочистого оксида алюминия и т.д.) или стекла.

[0077] Материалом прямоугольного конического зеркала 102 может быть материал, идентичный материалу высокотемпературной кюветы 116 или отличающийся от него. Например, в случае, когда материал прямоугольного конического зеркала 102 идентичен материалу высокотемпературной кюветы 116, поверхность, функционирующая как прямоугольное коническое зеркало 102, механически полируется, что позволяет обработать поверхность как зеркальную поверхность. В случае, когда материал прямоугольного конического зеркала 102 отличается от материала высокотемпературной кюветы 116, поверхность, функционирующая в качестве прямоугольного конического зеркала 102, может быть покрыта алюминиевым покрытием, серебрением или т.п. Альтернативно, поверхность, функционирующая как прямоугольное коническое зеркало 102, может быть покрыта оптической многослойной пленкой.

[0078] В качестве материала прямоугольного конического зеркала 102 и высокотемпературной кюветы 116, например, выбран материал, который имеет низкое давление пара в состоянии нагрева до заданной температуры и уменьшенное количество выделяющегося газа в сверхвысоком вакууме. В качестве материала прямоугольного конического зеркала 102 и высокотемпературной кюветы 116 может быть использован материал, который позволяет прямоугольному коническому зеркалу 102 иметь достаточную отражательную способность по отношению к падающему лазерному излучению (лазерному излучению 130, описанному ниже) в состоянии нагрева до заданной температуры, кроме того, предотвращает химическую реакцию поверхности прямоугольного конического зеркала 102 с атомным газом и сплавление с атомным газом и позволяет поверхности прямоугольного конического зеркала 102 сохранять достаточную отражательную способность. Поверхность прямоугольного конического зеркала 102 отполирована таким образом, что шероховатость поверхности прямоугольного конического зеркала 102 может быть достаточно малой по отношению к длине волны падающего лазерного излучения.

[0079] В качестве материала оптического окна 104 выбран материал (например, сапфир), который поддерживает коэффициент пропускания при заданной температуре. На оптическом окне 104, изготовленном из сапфира, может быть сформирована пленка, способная поддерживать коэффициент пропускания при заданной температуре. Например, многослойная ламинированная пленка из сплава оксида титана/плавленого кремнезема может быть сформирована на оптическом окне 104 с использованием способа испарения электронным лучом.

[0080] Экран 120 теплового излучения установлен таким образом, чтобы предотвращать воздействие теплового излучения на компоненты, расположенные вокруг устройства 100 генерации пучка медленных атомов. Экран 120 теплового излучения предусмотрен таким образом, чтобы закрывать нагреватель 108, устройство 112 генерации магнитного поля и высокотемпературную кювету 116. То есть нагреватель 108, устройство 112 генерации магнитного поля и высокотемпературная кювета 116 расположены в пространстве, закрытом экраном 120 теплового излучения. Например, используется материал, имеющий низкую излучательную способность по поверхности (например, алюминий с зеркальной полировкой или нержавеющая сталь с зеркальной полировкой). Может быть предусмотрено множество наложенных друг на друга экранов 120 теплового излучения. Например, в случае, когда используется двухслойный лист, конфигурация, в которой наружный лист изготовлен из материала, обладающего высокой проницаемостью, такого как пермаллой, служит как защитой от теплового излучения, так и электромагнитной защитой.

[0081] Окна расположены по оси X в следующем порядке: оптическое окно 104, окно 124 холодного фильтра и вакуумнепроницаемое окно 126. Оптическое окно 104 предусмотрено на одном конце высокотемпературной кюветы 116 так, что обращено к прямоугольному коническому зеркалу 102.

[0082] Материал вакуумнепроницаемого окна 126 представляет собой, например, стекло Pyrex (R), стекло из плавленого кремнезема или подобное. На поверхность вакуумнепроницаемого окна 126 может быть нанесена пленка, способная поддерживать коэффициент пропускания, такая как просветляющее покрытие.

[0083] Окно 124 холодного фильтра предусмотрено на оптическом пути лазерного излучения, входящего в оптическое окно 104, между оптическим окном 104 и вакуумнепроницаемым окном 126 и предохраняет вакуумнепроницаемое окно 126 от теплового излучения через оптическое окно 104. Материал окна 124 холодного фильтра представляет собой, например, тот же материал, что и материал вакуумнепроницаемого окна 126.

[0084] Теплоизолированные опорные стержни 122 проходят от высокотемпературной кюветы 116 к фланцу 118. В качестве материала теплоизолированных опорных стержней 122 выбран материал, имеющий низкую теплопроводность, для предотвращения теплового потока от высокотемпературной части к части комнатной температуры, повышения тепловой эффективности нагревателя высокотемпературной части и поддержания стабильности температуры части комнатной температуры. Например, в качестве материала теплоизолированных опорных стержней 122 используется магнезиальная, стеатитовая керамика или тому подобное.

[0085] Вакуумнепроницаемый электрический соединитель 128 представляет собой герметичный соединитель для передачи и приема электрического сигнала между вакуумным пространством и атмосферным пространством. Например, вакуумнепроницаемый электрический соединитель 128 используется для ввода и вывода сигнала термометра 114, подачи тока на нагреватель 108 и подачи тока на устройство 112 генерации магнитного поля. Для удобства на фиг.2 проводка не показана.

[0086] Фланец 118 является элементом для присоединения устройства 100 генерации пучка медленных атомов к физическому пакету устройства атомных часов, такому как часы 10 на оптической решетке, устройства атомного интерферометра и т.п., или физическому пакету квантового компьютерного устройства, которое использует атомы в качестве кубитов. Физический пакет включает в себя вакуумную камеру. Высокотемпературная кювета 116 устройства 100 генерации пучка медленных атомов помещена в среду со сверхвысоким вакуумом. Внутри высокотемпературной кюветы 116 поддерживается сверхвысокий вакуум. Соответственно, фланец 118 имеет уплотнительный механизм для герметизации вакуума, такой как, например, система металлических прокладок. Если нагрев фланца 118 и вакуумной камеры из-за теплового потока от высокотемпературной части может быть проблематичным, фланец 118 может охлаждаться водой.

[0087] Далее, со ссылкой на фиг.2 и 3 описана работа устройства 100 генерации пучка медленных атомов. На фиг.3 схематично показана конфигурация устройства 100 генерации пучка медленных атомов в соответствии с первым вариантом осуществления.

[0088] Как показано на фиг.2 и 3, лазерное излучение 130 проходит через вакуумнепроницаемое окно 126 снаружи устройства 100 генерации пучка медленных атомов и попадает внутрь устройства 100 генерации пучка медленных атомов. Лазерное излучение 130 имеет круговую поляризацию света (например, σ+). Лазерное излучение 130, входящее внутрь устройства 100 генерации пучка медленных атомов, проходит через окно 124 холодного фильтра и оптическое окно 104 и дважды отражается прямоугольным коническим зеркалом 102 в высокотемпературной кювете 116 (см. стрелки 134). Отраженное лазерное излучение 130 имеет круговую поляризацию (например, σ-), противоположную той, что на пути падения, проходит через оптическое окно 104, окно 124 холодного фильтра и вакуумнепроницаемое окно 126 и излучается наружу устройства 100 генерации пучка медленных атомов.

[0089] Градиентное магнитное поле формируется в пространстве в высокотемпературной кювете 116 устройством 112 генерации магнитного поля. Например, по оси X формируется специально постоянный градиент магнитного поля.

[0090] Улавливающее пространство для улавливания атомов сформировано в высокотемпературной кювете 116 с помощью отраженного лазерного излучения 130 и устройства 112 генерации магнитного поля, таким образом реализуя магнитооптическую ловушку (МОТ, от англ. magneto-optical trap), которая улавливает атомы.

[0091] При нагревании высокотемпературной кюветы 116 нагревателем 108 источник атомов нагревается, атомы испаряются и высвобождаются в пространство в высокотемпературной кювете 116. Атомный газ улавливается с помощью магнитооптической ловушки в высокотемпературной кювете 116 и охлаждается.

[0092] Как показано на фиг.2 и 3, лазерное излучение 130 проходит через вакуумнепроницаемое окно 126 снаружи устройства 100 генерации пучка медленных атомов вдоль оси X и попадает внутрь устройства 100 генерации пучка медленных атомов. Лазерное излучение 132 является толкающим лазерным излучением и выводит атомы, захваченные с помощью магнитооптической ловушки в высокотемпературной кювете 116 и охлажденные, наружу из высокотемпературной кюветы 116 через отверстие 106. Таким образом, выходящие атомы формируют пучок медленных атомов. На оси X в экране 120 теплового излучения сформировано отверстие. Пучок медленных атомов, испускаемый наружу из высокотемпературной кюветы 116, испускается наружу экрана 120 теплового излучения через отверстие, сформированное в экране 120 теплового излучения.

[0093] С помощью устройства 100 генерации пучка медленных атомов нагревается не только образец 110, но и вся высокотемпературная кювета 116, включая оптическое окно 104. Соответственно, даже в случае элемента, который имеет низкое давление насыщенного пара при комнатной температуре и с помощью которого невозможно получить достаточное количество атомного газа, достаточное количество атомного газа может быть получено путем увеличения давления насыщенного пара путем нагревания. Например, в качестве источника атомов используется стронций. Нагревая высокотемпературную кювету 116 до 270°С или до 270°С или выше (см. таблицу 1), можно получить достаточное количество атомного газа даже в том случае, когда в качестве источника атомов используется стронций. Использование магнитооптической ловушки позволяет генерировать охлажденный пучок атомов с высокой интенсивностью потока. Следует отметить, что в качестве элемента, имеющего низкое давление насыщенных паров при комнатной температуре, может быть принят элемент, отличный от стронция (например, элемент, показанный в таблице 1). Например, в качестве источника атомов может быть использован иттербий.

[0094] Нагретая высокотемпературная кювета 116 и все вокруг, за исключением отверстия 106, через которое выводится пучок медленных атомов, закрыты экраном 120 теплового излучения и окном 124 холодного фильтра. Соответственно, тепловое излучение, испускаемое высокотемпературной частью, может быть уменьшено.

[0095] Предпочтительно, в области, где лазерное излучение, отраженное прямоугольным коническим зеркалом 102, пересекается в магнитооптической ловушке, градиент магнитного поля, вносящий вклад в магнитооптическую ловушку, является сильным и однородным, чтобы обеспечить захват охлажденных атомов по всей площади как можно шире. Предпочтительно, в случае, когда в качестве устройства 112 генерации магнитного поля используются постоянные магниты, цилиндрический магнит, который закрывает высокотемпературную кювету 116, имеет большую длину в направлении высоты цилиндра по отношению к внутреннему диаметру цилиндра и намагничен в радиальном направлении. Предпочтительно, в случае, когда катушка используется в качестве устройства 112 генерации магнитного поля, используемая катушка может представлять собой тетракойл с антисимметричной обмоткой, состоящий всего из четырех полос тока, или катушку с антисимметричной обмоткой, состоящую из четного количества, равного шести или более, полос тока, причем тетракойл или катушка образуют антисимметричное распределение тока относительно центральной точки катушки.

[0096] Что касается миниатюризации устройства генерации пучка медленных атомов, важным параметром является длина теплоизолированных опорных стержней 122, которые служат для основной теплопроводности между высокотемпературной частью и частью комнатной температуры. С точки зрения материала с низким выделением газов в сверхвысокочастотном диапазоне, магнезия (MgO) подходит в качестве материала теплоизолированных опорных стержней 122. Предпочтительно, количество теплоизолированных опорных стержней 122 составляет три с учетом теплоизоляции. Само собой разумеется, что это количество является лишь примером. Это количество может быть отличным от трех. Предпочтительно в качестве материала высокотемпературной кюветы 116 используется алюминий, который обладает высоким коэффициентом отражения и устойчив к химической реакции с атомным газом. Использование алюминия, который является легким металлом, в качестве материала позволяет снизить вес устройства генерации пучка медленных атомов и снизить риск деформации опорных стоек.

[0097] Далее, со ссылкой на фиг.4, описаны введение и извлечение образца 110. На фиг.4 схематично показана конфигурация устройства 100 генерации пучка медленных атомов в соответствии с первым вариантом осуществления.

[0098] Доступ к образцу 110 может осуществляться через участок по внешней периферии оптического окна 104. Например, как указано символом Y, вакуумнепроницаемое окно 126 предусмотрено с возможностью отсоединения на устройстве 100 генерации пучка медленных атомов. Когда вакуумнепроницаемое окно 126 извлечено, образец 110 извлекается с помощью соответствующего зажимного приспособления из отсека, в котором размещается образец 110 на боковой поверхности высокотемпературной кюветы 116. Когда вакуумнепроницаемое окно 126 извлечено, образец 110 вставляется в устройство 100 генерации пучка медленных атомов с помощью зажимного приспособления и может храниться в отсеке.

[0099] <Конфигурация устройства генерации пучка медленных атомов согласно второму варианту осуществления>

Со ссылкой на фиг.5 описана конфигурация устройства генерации пучка медленных атомов в соответствии со вторым вариантом осуществления. На фиг.5 схематично показана конфигурация устройства 200 генерации пучка медленных атомов в соответствии с вторым вариантом осуществления.

[0100] Устройство 200 генерации пучка медленных атомов включает в себя высокотемпературную часть и часть комнатной температуры в приблизительно классифицированном виде.

[0101] Высокотемпературная часть включает в себя прямоугольное коническое зеркало 202, оптическое окно 204, оптическое окно 206, нагреватель 208, образец 210, устройство 212 генерации магнитного поля, термометр 214 и высокотемпературную кювету 216. Отверстие 218 образовано на вершине прямоугольного конического зеркала 202. В оптическом окне 206 сформировано отверстие 220.

[0102] Часть комнатной температуры включает в себя фланец 221, экран 222 теплового излучения, теплоизолированный опорный стержень 224, окно 226 холодного фильтра, вакуумнепроницаемое окно 228, оптическое окно 230, предусмотренное на экране 222 теплового излучения, и вакуумнепроницаемый электрический соединитель 232. В оптическом окне 230 сформировано отверстие 234.

[0103] Отверстия 218, 220 и 234 выполнены по оси X.

[0104] Разница между устройством 100 генерации пучка медленных атомов согласно первому варианту осуществления и устройством 200 генерации пучка медленных атомов согласно второму варианту осуществления заключается в направлении высокотемпературной кюветы 216, т.е. в направлении падения лазерного излучения для реализации магнитооптической ловушки в высокотемпературной кювете 216. Направление высокотемпературной кюветы 216 согласно второму варианту осуществления является направлением, противоположным направлению высокотемпературной кюветы 116 согласно первому варианту осуществления. Направление падения лазерного излучения 236 для реализации магнитооптической ловушки в высокотемпературной кювете 216 является направлением, противоположным направлению падения лазерного излучения 130 в соответствии с первым вариантом осуществления.

[0105] Во втором варианте осуществления лазерное излучение 236 проходит через оптические окна 230 и 206, попадает внутрь высокотемпературной кюветы 216, дважды отражается прямоугольным коническим зеркалом 202 и направляется к оптическому окну 206. Градиентное магнитное поле формируется в пространстве в высокотемпературной кювете 216 устройством 212 генерации магнитного поля. Высокотемпературная кювета 216 нагревается нагревателем 208, который генерирует атомный газ из источника атомов и выпускает атомный газ в пространство в высокотемпературной кювете 216. Магнитооптическая ловушка реализуется с помощью отраженного лазерного излучения 236 и магнитного поля, формируемого устройством 212 генерации магнитного поля. Атомный газ улавливается с помощью магнитооптической ловушки в высокотемпературной кювете 216 и охлаждается. Лазерное излучение 238, которое является толкающим лазерным излучением, проходит через вакуумнепроницаемое окно 228, окно 226 холодного фильтра и оптическое окно 204, а затем попадает в пространство в высокотемпературной кювете 216 через отверстие 218. Лазерное излучение 238, входящее в пространство в высокотемпературной кювете 216, выводит атомы, захваченные с помощью магнитооптической ловушки в высокотемпературной кювете 216 и охлажденные снаружи устройства 200 генерации пучка медленных атомов, через отверстия 220 и 234. Таким образом, выходящие атомы формируют пучок медленных атомов.

[0106] Устройство 200 генерации пучка медленных атомов согласно второму варианту осуществления может оказывать благоприятные эффекты, аналогичные эффектам устройства 100 генерации пучка медленных атомов согласно первому варианту осуществления.

[0107] <Конфигурация устройства генерации пучка медленных атомов согласно третьему варианту осуществления>

Со ссылкой на фиг.6 описана конфигурация устройства генерации пучка медленных атомов в соответствии с третьим вариантом осуществления. На фиг.6 схематично показана конфигурация устройства 300 генерации пучка медленных атомов в соответствии с третьим вариантом осуществления.

[0108] Устройство 300 генерации пучка медленных атомов включает в себя высокотемпературную часть и часть комнатной температуры в приблизительно классифицированном виде.

[0109] Высокотемпературная часть включает в себя прямоугольное коническое зеркало 302, оптическое окно 304, отверстие 306, нагреватель 308, служащий также устройством генерации магнитного поля, образец 310, термометр 312 и высокотемпературную кювету 314.

[0110] Часть комнатной температуры включает в себя фланец 316, экран 318 теплового излучения, термоизолированные опорные стержни 320, окно 322 холодного фильтра, вакуумнепроницаемое окно 324 и вакуумнепроницаемый электрический соединитель 326.

[0111] В третьем варианте осуществления нагреватель 308 функционирует как устройство, которое нагревает высокотемпературную кювету 314, и имеет функцию создания градиентного магнитного поля для реализации магнитооптической ловушки в пространстве в высокотемпературной кювете 314. Компоненты, отличные от нагревателя 308, являются такими же, как компоненты устройства 100 генерации пучка медленных атомов в соответствии с первым вариантом осуществления.

[0112] Нагреватель 308 может быть предусмотрен на внешней периферийной поверхности высокотемпературной кюветы 314 или предусмотрен на внутренней поверхности экрана 318 теплового излучения.

[0113] Для формирования нагревателя 308, служащего также устройством генерации магнитного поля, используется, например, нагревательный провод в оболочке, который представляет собой нагревательный провод, покрытый оболочкой. Нагревательный провод в оболочке намотан вокруг высокотемпературной кюветы 314 таким образом, чтобы образовывать квадрупольное магнитное поле с помощью нагревательного провода в оболочке, образуя, таким образом, нагреватель 308, служащий также устройством генерации магнитного поля.

[0114] Благодаря выполнению двух разделенных направлений намотки нагревательного провода в оболочке, выходное количество тепла и градиент магнитного поля регулируются независимо. Это связано с тем, что количество тепла возникает пропорционально квадрату тока независимо от направления тока, а направление формируемого магнитного поля зависит от направления тока.

[0115] Нагреватель 308, который служит также в качестве устройства генерации магнитного поля, может быть выполнен с помощью резистивного провода, намотанного на многослойную керамическую бобину.

[0116] Резистивный провод намотан через определенные интервалы, чтобы предотвратить контакт резистивного провода, и может быть покрыт керамикой или термостойкой смолой и закреплен, образуя, таким образом, нагреватель 308, служащий также устройством генерации магнитного поля.

[0117] Нагреватель 308, служащий также в качестве устройства генерации магнитного поля, сформирован путем многократной намотки нагревательного провода в оболочке и резистивного провода, например, способом антигельмгольцевой катушки. Самый внешний слой нагревателя 308 (т.е. самый внешний слой антигельмгольцевой катушки) намотан в направлении, противоположном направлению других слоев. Когда ток не протекает в самом внешнем слое нагревателя 308, а протекает во всех других слоях, градиентное магнитное поле, возникающее вокруг центра нагревателя 308, является максимальным. Когда ток протекает в самом внешнем слое, градиент магнитного поля становится небольшим. Когда ток протекает во всех слоях, джоулева теплота является максимальной. Таким образом, регулируется ток, протекающий через нагреватель 308, который, в свою очередь, может регулировать величину градиентного магнитного поля и величину джоулевой теплоты. То есть, изменяя величину тока, можно изменить величину градиентного магнитного поля и величину джоулевой теплоты. Согласно такой конфигурации, нагреватель 308 может служить как устройством генерации магнитного поля, которое генерирует магнитное поле, так и нагревательным устройством, которое нагревает высокотемпературную кювету 116. Например, управляющее устройство 16, показанное на фиг.1 управляет током, протекающим через нагреватель 308. Например, в качестве материала резистивного провода может быть выбран металлический тантал, металлический никель или тому подобное.

[0118] В примере, отличном от примера, описанного выше, резистивный провод может быть многократно намотан подобно антисимметричному тетракойлу, образуя, таким образом, нагреватель 308, служащий также устройством генерации магнитного поля. Благодаря использованию антисимметричного тетракойла градиент магнитного поля в радиальном направлении может быть равномерно сформирован в направлениях осей симметрии высокотемпературной кюветы 314 по сравнению с антигельмгольцевой катушкой.

[0119] Устройство 300 генерации пучка медленных атомов согласно третьему варианту осуществления может оказывать благоприятные эффекты, аналогичные эффектам устройства 100 генерации пучка медленных атомов согласно первому варианту осуществления. То есть высокотемпературная кювета 314 нагревается нагревателем 308, который генерирует атомный газ из источника атомов и выпускает атомный газ в пространство в высокотемпературной кювете 314. Градиентное магнитное поле для реализации магнитооптической ловушки формируется в пространстве высокотемпературной кюветы 314 нагревателем 308. Лазерное излучение 328, входящее в высокотемпературную кювету 314, дважды отражается прямоугольным коническим зеркалом 302. Магнитооптическая ловушка реализуется с помощью магнитного поля, формируемого нагревателем 308, и отраженного лазерного излучения 328, таким образом охлаждая атомный газ. Посредством лазерного излучения 330, то есть толкающего лазерного излучения, входящего внутрь высокотемпературной кюветы 314 вдоль оси X, охлажденные атомы выводятся наружу из устройства 300 генерации пучка медленных атомов. Таким образом, формируется пучок медленных атомов.

[0120] конфигурация устройства генерации пучка медленных атомов согласно четвертому варианту осуществления>

Со ссылкой на фиг.7 описана конфигурация устройства генерации пучка медленных атомов в соответствии с четвертым вариантом осуществления. На фиг.7 схематично показана конфигурация устройства 400 генерации пучка медленных атомов в соответствии с четвертым вариантом осуществления.

[0121] Устройство 400 генерации пучка медленных атомов включает в себя высокотемпературную часть и часть комнатной температуры в приблизительно классифицированном виде.

[0122] Высокотемпературная часть включает в себя прямоугольное коническое зеркало 402, оптическое окно 404, отверстие 406, нагреватель 408, образец 410, термометр 412 и высокотемпературную кювету 414.

[0123] Часть комнатной температуры включает в себя фланец 416, экран 418 теплового излучения, теплоизолированные опорные стержни 420, окно 422 холодного фильтра, вакуумнепроницаемое окно 424, вакуумнепроницаемый электрический соединитель 426 и устройство 428 генерации магнитного поля, установленное на экране 418 теплового излучения.

[0124] Разница между устройством 100 генерации пучка медленных атомов в соответствии с первым вариантом осуществления и устройством 400 генерации пучка медленных атомов в соответствии с четвертым вариантом осуществления заключается в положении установки устройства генерации магнитного поля. Компоненты, отличные от устройства генерации магнитного поля, являются такими же, что и компоненты устройства 100 генерации пучка медленных атомов в соответствии с первым вариантом осуществления.

[0125] В первом варианте осуществления устройство 112 генерации магнитного поля установлено на внешней периферийной поверхности высокотемпературной кюветы 116 в высокотемпературной части. Между тем, в четвертом варианте осуществления устройство 428 генерации магнитного поля установлено на внешней периферийной поверхности экрана 418 теплового излучения в части комнатной температуры. То есть устройство 428 генерации магнитного поля расположено за пределами пространства, окруженного экраном 418 теплового излучения. Даже в случае, когда устройство 428 генерации магнитного поля расположено снаружи экрана 418 теплового излучения, градиентное магнитное поле для реализации магнитооптической ловушки формируется в пространстве в высокотемпературной кювете 414 устройством 428 генерации магнитного поля.

[0126] В первом варианте осуществления устройство генерации магнитного поля расположено в положении, более близком к высокотемпературной кювете, реализующей магнитооптическую ловушку, чем в четвертом варианте осуществления. Следовательно, в случае, когда устройство генерации магнитного поля состоит из катушек, первый вариант осуществления может уменьшить ток, подаваемый в магнитооптическую ловушку, по сравнению с четвертым вариантом осуществления. В случае, когда устройство генерации магнитного поля состоит из постоянных магнитов, первый вариант осуществления может подавлять утечку магнитного поля и подавлять неблагоприятные воздействия на измерительную систему по сравнению с четвертым вариантом осуществления.

[0127] Между тем, в четвертом варианте осуществления устройство генерации магнитного поля расположено в положении, более удаленном от высокотемпературной кюветы, реализующей магнитооптическую ловушку, по сравнению с первым вариантом осуществления. Следовательно, четвертый вариант осуществления является более выгодным с точки зрения термостойкости провода катушки, чем первый вариант осуществления. Например, может быть использован медный провод с покрытием. Поскольку устройство генерации магнитного поля расположено снаружи экрана 418 теплового излучения, может быть обеспечено более широкое пространство, в котором установлено устройство генерации магнитного поля. Следовательно, могут быть установлены сложные катушки, такие как двухпарные катушки для формирования двумерного квадрупольного магнитного поля и т.п.

[0128] Конфигурация, показанная на фиг.6, включает в себя прямоугольное коническое зеркало 402. Его можно заменить четырехугольным зеркалом в форме пирамиды. Устройство 428 генерации магнитного поля состоит из катушек, которые могут генерировать двумерное квадрупольное магнитное поле.

[0129] Устройство 400 генерации пучка медленных атомов согласно четвертому варианту осуществления может оказывать благоприятные эффекты, аналогичные эффектам устройства 100 генерации пучка медленных атомов согласно первому варианту осуществления. То есть магнитооптическая ловушка реализуется за счет лазерного излучения 430, входящего в высокотемпературную кювету 414 и дважды отраженного прямоугольным коническим зеркалом 402, и за счет магнитного поля, формируемого устройством 428 генерации магнитного поля, атомы охлаждаются и улавливаются. Охлажденные атомы выводятся в виде пучка медленных атомов из устройства 400 генерации пучка медленных атомов наружу лазерным излучением 432, которое является толкающим лазерным излучением.

[0130] <Нагреватель, служащий также устройством генерации магнитного поля>

Далее описана конкретная конфигурация нагревателя, служащего также в качестве устройства генерации магнитного поля. Нагреватель, служащий также в качестве устройства генерации магнитного поля, включает в себя: керамическую бобину, имеющую канавки, сформированные для предотвращения контакта между проводами; и нагревательный провод, например, из вольфрама, намотанный вокруг керамической бобины вдоль канавок.

[0131] На фиг.8 показан пример керамической бобины. На фиг.8 показан вид в перспективе керамической бобины. Керамическая бобина 500 имеет цилиндрическую форму. Множество боковых канавок 502, сформированных вдоль окружного направления цилиндра, и множество продольных канавок 504, сформированных вдоль осевого направления цилиндра, сформированы на поверхности керамической бобины 500. Боковые канавки 502 являются канавками, параллельными друг другу. Продольные канавки 504 являются канавками, параллельными друг другу.

[0132] На фиг.9 показан пример нагревателя, который также служит в качестве устройства генерации магнитного поля. На фиг.9 представлен вид в перспективе нагревателя 508, который также служит в качестве устройства генерации магнитного поля. Резистивный провод 506 размещен в боковых канавках 502 керамической бобины 500 и намотан вокруг керамической бобины 500. Таким образом, сформирован нагреватель 508, который также служит в качестве устройства генерации магнитного поля. Продольные канавки 504 выполняют функцию направляющих для резистивного провода 506 из боковых канавок 502, соответствующих соседним боковым канавкам 502. Кроме того, продольные канавки 504 выполняют функцию канавок для выпуска газов и загрязняющих веществ.

[0133] На фиг.10 показан другой пример нагревателя, который также служит в качестве устройства генерации магнитного поля. На фиг.10 представлен вид в перспективе нагревателя 510, который также служит в качестве устройства генерации магнитного поля.

[0134] Нагреватель 510, служащий также устройством генерации магнитного поля, представляет собой многослойную катушку. В примере, показанном на фиг.10, нагреватель 510, служащий также устройством генерации магнитного поля, представляет собой четырехслойную катушку. Нагреватель 510, служащий также устройством генерации магнитного поля, включает в себя: четыре керамические бобины, имеющие разные диаметры (керамические бобины 512, 514, 516 и 518); и резистивные провода 520, намотанные вокруг соответствующих керамических бобин. Аналогично примеру, показанному на фиг.8, на каждой керамической бобине сформировано множество боковых канавок и множество продольных канавок. Резистивный провод 520 расположен в боковых пазах и намотан на каждую керамическую бобину. Керамические бобины 512, 514, 516 и 518, на которые намотаны резистивные провода 520, уложены стопкой, формируя, таким образом, нагреватель 510, служащий также устройством генерации магнитного поля. Например, управляя током, протекающим через катушку, намотанную вокруг каждой керамической бобины, каждая катушка может функционировать как нагревательное устройство или устройство генерации магнитного поля.

[0135] На фиг.11 показан пример конфигураций катушек, образующих нагреватели 308, служащие также в качестве устройств генерации магнитного поля. На фиг.11 представлен вид в разрезе, показывающий структуру вокруг катушек. Катушки, показанные на фиг.11, являются примером катушек, составляющих нагреватели 308, служащие также в качестве устройств генерации магнитного поля. Катушки состоят из оболочечных нагревателей. В виртуальном круге на фиг.11 показаны схематические конфигурации катушек.

[0136] На фиг.12 показан другой пример конфигураций катушек, образующих нагреватели, служащие также устройствами генерации магнитного поля. На фиг.12 представлен вид в разрезе, показывающий структуру вокруг катушек. В примере, показанном на фиг.12, катушки 308а, образующие нагреватели, служащие также устройствами генерации магнитного поля, предусмотрены для высокотемпературной части в состоянии намотки вокруг высокотемпературной кюветы 314, а катушки 308b, образующие градиентное магнитное поле, предусмотрены для части комнатной температуры в состоянии намотки вокруг экрана 318 теплового излучения. В виртуальном круге на фиг.12 показаны схематические конфигурации катушек.

[0137] На фиг.13 показан другой пример конфигурации катушек, формирующих нагреватели, служащие также в качестве устройств генерации магнитного поля. На фиг.13 представлен вид в разрезе, показывающий конфигурацию вокруг катушек. В примере, показанном на рис. 13, катушка сформирована путем намотки вольфрамового провода вокруг материала формы. Катушка закреплена на внешней периферийной поверхности высокотемпературной кюветы 314 и служит в качестве нагревателя 308, служащего также устройством генерации магнитного поля. В виртуальном круге на фиг.13 показана схематическая конфигурация каждой катушки.

[0138] На фиг.14 показана зависимость между всей длиной устройства генерации пучка медленных атомов и достигаемой температурой высокотемпературной кюветы. Направление высоты устройства генерации пучка медленных атомов - это направление падения лазерного излучения, т.е. направление, параллельное оси X. Здесь, например, мощность, подаваемая на нагреватель, который нагревает высокотемпературную кювету, принимается равной 5 Вт.

[0139] На фиг.14 показана достигаемая температура высокотемпературной кюветы по отношению к высоте устройства генерации пучка медленных атомов. На фиг.14 ось абсцисс указывает высоту, а левая ось ординат - достигаемую температуру. Правая ось ординат указывает теплопередачу (тепловое излучение и теплопроводность). Достигаемая температура - это значение, рассчитанное методом конечных элементов.

[0140] При увеличении всей длины устройства генерации пучка медленных атомов, увеличивается размер устройства генерации пучка медленных атомов, но и увеличивается длина адиабатической опоры. Соответственно, тепло, передаваемое от высокотемпературной кюветы к фланцу при комнатной температуре, уменьшается, и достигаемая температура высокотемпературной кюветы становится высокой.

[0141] С другой стороны, при уменьшении высоты устройства генерации пучка медленных атомов, может уменьшаться размер устройства генерации пучка медленных атомов, но и длина адиабатической опоры уменьшается. Соответственно, тепло, передаваемое от высокотемпературной кюветы к фланцу, увеличивается, и достигаемая температура высокотемпературной кюветы становится низкой.

[0142] Как описано выше, изменяя высоту устройства генерации пучка медленных атомов, можно изменять достигаемую температуру высокотемпературной кюветы.

[0143] Согласно каждому варианту осуществления, описанному выше, высокотемпературная кювета, которая включает в себя источник атомов, нагревается. Соответственно, даже в элементе, который имеет низкое давление насыщенного пара при комнатной температуре и с помощью которого невозможно получить достаточное количество атомного газа, давление насыщенного пара может быть высоким при нагревании. В результате может быть получено достаточное количество атомного газа, и обеспечивается функционирование магнитооптической ловушки, которая может генерировать охлажденный пучок атомов с высокой интенсивностью потока.

[0144] Высокотемпературная кювета, за исключением отверстия, закрыта экраном теплового излучения, а в той части, куда попадает лазерное излучение, предусмотрено окно холодного фильтра. Соответственно, тепловое излучение снаружи устройства генерации пучка медленных атомов может быть уменьшено.

[0145] Обычная форма конфигурации для стандартного использования, т.е. конфигурация, которая включает в себя атомную печь 702, зеемановский замедлитель 704, вакуумную камеру 602, охватывающую пространство 604 часового перехода, и механизм реализации магнитооптической ловушки и часового перехода в вакуумной камере 602, приведена в качестве примера в виде физического пакета 700 часов на оптической решетке в соответствии со сравнительным примером, и причина, по которой физический пакет 600, содержащий устройство генерации пучка медленных атомов в соответствии с этим вариантом осуществления, подходит для уменьшения размера устройства, описана ниже.

[0146] Физический пакет 600 часов на оптической решетке согласно этому варианту осуществления включает в себя: устройство 100 генерации пучка медленных атомов согласно первому варианту осуществления; вакуумную камеру 602, охватывающую пространство 604 часового перехода, где расположены атомы; и механизм реализации магнитооптической ловушки и часового перехода в вакуумной камере 602.

[0147] Далее описывается работа физического пакета 600.

[0148] В физическом пакете 600 внутренняя часть вакуумной камеры 602 вакуумируется. Пучок медленных атомов, в достаточной степени замедленный устройством 100 генерации пучка медленных атомов, испускается из устройства 100 генерации пучка медленных атомов и достигает магнитооптического улавливающего устройства (МОТ-устройства) в вакуумной камере 602. В МОТ-устройстве формируется магнитное поле, имеющее линейный пространственный градиент, с центром в улавливающем пространстве, где захватываются атомы, и излучается МОТ-излучение. Таким образом, атомы оказываются захваченными в улавливающем пространстве. Пучок медленных атомов, достигающий МОТ-устройства, замедляется в улавливающем пространстве. Соответственно, атомы оказываются захваченными в улавливающем пространстве. Световой луч оптической решетки попадает в улавливающее пространство и отражается оптическим резонатором, предусмотренным в вакуумной камере 602. Соответственно, формируется потенциал оптической решетки, в котором стоячие волны расположены в направлении прохождения светового луча оптической решетки. Атомы улавливаются потенциалом оптической решетки.

[0149] Применяя технологию частотного чирпинга к одному из световых лучей оптической решетки, оптическую решетку можно перемещать в направлении перемещения светового луча оптической решетки. С помощью движущейся оптической решетки атомы перемещаются в пространство 604 часового перехода. В результате пространство 604 часового перехода отклоняется от оси пучка медленных атомов.

[0150] В пространстве 604 часового перехода лазерный луч с хорошо регулируемой частотой облучает атомы для выполнения высокоточной спектроскопии часовых переходов (т.е. резонансных переходов атомов, которые являются эталонными для часов) для измерения конкретной и уникальной резонансной частоты атомов. Таким образом, достигаются точные атомные часы. В случае, когда нет необходимости перемещать атомы из пространства ловушки в пространство 604 часового перехода, спектроскопия может быть выполнена в пространстве ловушки.

[0151] Повышение точности атомных часов требует, чтобы атомы были хорошо изолированы от возмущений окружающей среды для того, чтобы измерять точную частоту. Особенно важно устранить сдвиг частоты, вызванный эффектом Доплера, вызванным тепловым движением атомов. В часах на оптической решетке движение атомов замораживается путем удержания атомов в пространстве, достаточно более малом, чем длина волны лазера часов, оптической решеткой, созданной интерференцией лазерного излучения. Между тем, в оптической решетке частоты атомов сдвигаются лазерным излучением, которое формирует оптическую решетку. Для светового луча оптической решетки выбирается определенная длина волны или частота, называемая "магической длиной волны" или "магической частотой", которая устраняет влияние оптической решетки на резонансную частоту.

[0152] Излучение, испускаемое в результате часового перехода, принимают устройством 14 оптической системы, подвергают спектроскопическому процессу и т.п. с помощью управляющего устройства 16, и получают частоту.

[0153] Следует отметить, что вместо устройства 100 генерации пучка медленных атомов согласно первому варианту осуществления, может использоваться устройство генерации пучка медленных атомов согласно второму, третьему или четвертому варианту осуществления (т.е. устройство 200 генерации пучка медленных атомов, устройство 300 генерации пучка медленных атомов или устройство 400 генерации пучка медленных атомов).

[0154] Физический пакет 700 часов на оптической решетке согласно сравнительному примеру включает в себя: атомную печь 702; зеемановский замедлитель 704; вакуумную камеру 602, охватывающую пространство 604 часового перехода; и механизм реализации магнитооптической ловушки и часового перехода в вакуумной камере 602.

[0155] Далее описывается работа физического пакета 700.

[0156] В физическом пакете 700 внутренняя часть вакуумной камеры 602 вакуумируется. В атомной печи 702 металлический источник нагревается нагревателем, и соответственно генерируется атомный газ, и соответственно через сопло испускается хорошо коллимированный пучок атомов. Что касается пучка атомов, то благодаря эффекту зеемановского расщепления, пропорциональному напряженности магнитного поля, и эффекту доплеровского сдвига, атомы в пучке атомов поглощают зеемановское более медленное излучение, получают импульс в направлении замедления и замедляются. Достаточно замедленный пучок атомов испускается из зеемановского замедлителя 704 и достигает магнитооптического улавливающего устройства (устройства МОТ) в вакуумной камере 602.

[0157] Устройство генерации пучка медленных атомов в любом из вариантов осуществления с первого по четвертый используется для физического пакета для часов на оптической решетке, и может миниатюризировать физический пакет по сравнению с физическим пакетом согласно сравнительному примеру, в котором используется зеемановский замедлитель. В частности, длина в направлении, в котором испускается пучок медленных атомов, может быть уменьшена. Например, длина существенно сокращается вдвое, а физический пакет может быть уменьшен в размерах.

[0158] Приведенное выше описание иллюстрирует часы на оптической решетке. Однако специалисты в данной области могут применить технологию каждого варианта осуществления не только к часам на оптической решетке. В частности, технология также применима к атомным часам, отличным от часов на оптической решетке, и к атомному интерферометру, который представляет собой интерферометр, использующий атомы. Например, могут быть сконфигурированы физический пакет, который предназначен для атомных часов и включает в себя устройство генерации пучка медленных атомов в соответствии с вариантом осуществления и вакуумную камеру, и физический пакет для атомного интерферометра. Кроме того, этот вариант осуществления применим также к различным типам устройств квантовой обработки информации для атомов или ионизированных атомов. Здесь устройства квантовой обработки информации представляют собой устройства, которые выполняют измерение, распознавание и обработку информации с использованием квантовых состояний атомов и излучения, и могут быть, например, измерителем магнитного поля, измерителем электрического поля, квантовым компьютером, квантовым симулятором, квантовым повторителем и т.п., помимо атомных часов и атомного интерферометра. Физический пакет устройства квантовой обработки информации может достигать миниатюризации или транспортабельности за счет использования технологии варианта осуществления, аналогичного физическому пакету часов на оптической решетке. Следует отметить, что в таких устройствах пространство часового перехода не является пространством для измерения часов, а иногда рассматривается просто как пространство для проведения спектроскопии часового перехода.

[0159] Эти устройства используют устройство генерации пучка медленных атомов в соответствии с каждым вариантом осуществления и, таким образом, могут использовать элемент, который имеет низкое давление насыщенного пара при комнатной температуре и не может обеспечить достаточное количество атомного газа. Можно обеспечить миниатюризацию и транспортабельность этих устройств.

[0160] В приведенном выше описании, для облегчения понимания, описаны конкретные аспекты. Однако они иллюстрируют варианты осуществления и могут быть по-разному воплощены в других режимах.

[0161] Список ссылочных обозначений

10 часы на оптической решетке,

12 физический пакет,

14 устройство оптической системы,

16 управляющее устройство,

102 прямоугольное коническое зеркало,

104 оптическое окно,

106 отверстие,

108 нагреватель,

110 образец,

112 устройство генерации магнитного поля,

116 высокотемпературная кювета,

120 экран теплового излучения,

130, 132 лазерное излучение.

Использование: настоящее изобретение относится к устройству генерации пучка медленных атомов. Сущность: при нагревании высокотемпературной кюветы (116) нагревателем (108) в высокотемпературной кювете (116) образуется атомный газ из источника атомов. Магнитооптическая ловушка реализована посредством лазерного луча (130), отражаемого прямоугольным коническим зеркалом (102), и магнитного поля, формируемого генератором (112) магнитного поля, причем атомный газ удерживается с помощью магнитооптической ловушки и охлаждается. Охлажденные атомы выводятся из отверстия (106) наружу генератора (100) пучка медленных атомов лазерным лучом (132), который является толкающим лазерным лучом. Таким образом, формируется пучок медленных атомов. 6 н. и 16 з.п. ф-лы, 14 ил., 1 табл.

1. Устройство генерации пучка медленных атомов, содержащее: высокотемпературную кювету, которая включает в себя источник атомов,

оптическое окно, которое предусмотрено на одном конце и через которое предусмотрена возможность прохождения лазерного излучения, и прямоугольное коническое зеркало, которое предусмотрено на другом конце, имеет отверстие на вершине и выполнено с возможностью отражения, по направлению к указанному одному концу, лазерного излучения, вошедшего через оптическое окно, частью, отличной от указанного отверстия;

нагреватель, выполненный с возможностью генерации атомного газа в высокотемпературной кювете из источника атомов путем нагрева высокотемпературной кюветы;

устройство генерации магнитного поля, выполненное с возможностью генерации магнитного поля в области, где пересекается лазерное излучение, отраженное прямоугольным коническим зеркалом; и

экран теплового излучения, который закрывает часть высокотемпературной кюветы, отличную от указанного отверстия,

причем устройство генерации пучка медленных атомов выполнено с возможностью формирования пучка атомов из атомного газа посредством использования магнитооптической ловушки, реализуемой лазерным излучением и магнитным полем, и испускания пучка атомов через указанное отверстие наружу.

2. Устройство генерации пучка медленных атомов по п. 1, в котором источник атомов представляет собой стронций.

3. Устройство генерации пучка медленных атомов по п. 1, в котором источник атомов представляет собой иттербий.

4. Устройство генерации пучка медленных атомов по п. 1, в котором устройство генерации магнитного поля расположено в пространстве, закрытом экраном теплового излучения.

5. Устройство генерации пучка медленных атомов по п. 1, в котором устройство генерации магнитного поля расположено за пределами пространства, закрытого экраном теплового излучения.

6. Устройство генерации пучка медленных атомов по п. 1, дополнительно содержащее оптическое окно с холодным фильтром, предусмотренное на оптическом пути лазерного излучения, входящего в оптическое окно, между оптическим окном и прямоугольным коническим зеркалом.

7. Устройство генерации пучка медленных атомов по п. 1, в котором катушка служит в качестве как устройства генерации магнитного поля, так и нагревателя.

8. Устройство генерации пучка медленных атомов по п. 7, дополнительно содержащее управляющее устройство, выполненное с возможностью генерации магнитного поля для реализации магнитооптической ловушки посредством катушки и генерации тепла для нагрева высокотемпературной кюветы от катушки, путем управления током, протекающим через катушку.

9. Устройство генерации пучка медленных атомов по п. 1, в котором устройство генерации магнитного поля представляет собой постоянный магнит, который имеет цилиндрическую форму, охватывающую высокотемпературную кювету, и намагничен в радиальном направлении.

10. Устройство генерации пучка медленных атомов по п. 1, в котором устройство генерации магнитного поля представляет собой тетракойл с антисимметричной обмоткой, выполненный с возможностью формирования антисимметричного распределения тока относительно центральной точки.

11. Устройство генерации пучка медленных атомов по п. 1, дополнительно содержащее

управляющее устройство,

при этом высокотемпературная кювета имеет 2n-осесимметричную форму (n представляет целое число, равное двум или более), причем

устройство генерации магнитного поля представляет собой 2n (n представляет целое число, равное двум или более) катушек прямоугольной формы или седловидной формы, которые имеют одинаковую форму и расположены на боковых поверхностях, охватывающих 2n осей вращательной симметрии высокотемпературной кюветы, и при этом управляющее устройство выполнено с возможностью генерации двумерного квадрупольного магнитного поля от устройства генерации магнитного поля путем пропускания токов по катушкам, которые обращены друг к другу и между которыми проходят 2n осей вращательной симметрии, в направлениях, противоположных друг другу.

12. Устройство генерации пучка медленных атомов по п. 1, в котором высокотемпературная кювета имеет 2n-осесимметричную форму (n представляет целое число, равное двум или более),

устройство генерации магнитного поля представляет собой 2n (n представляет целое число, равное двум или более) постоянных магнитов в форме четырехугольной призмы или в форме дуговой призмы, которые имеют одинаковую форму и расположены на боковых поверхностях, охватывающих 2n осей вращательной симметрии высокотемпературной кюветы, причем

постоянные магниты намагничены в угловых направлениях относительно осей симметрии, и при этом

направления намагничивания постоянных магнитов, обращенных друг к другу, между которыми проходят 2n осей вращательной симметрии, противоположны друг другу, образуя двумерное квадрупольное магнитное поле.

13. Устройство генерации пучка медленных атомов по п. 1, дополнительно содержащее съемное вакуумнепроницаемое окно,

причем предусмотрена возможность, при отсоединении вакуумнепроницаемого окна, установки источника атомов в высокотемпературную кювету или извлечения источника атомов из высокотемпературной кюветы.

14. Устройство генерации пучка медленных атомов по п. 1, в котором высокотемпературная кювета и прямоугольное коническое зеркало изготовлены из алюминия, металла, покрытого алюминием, или диэлектрика, покрытого алюминием.

15. Устройство генерации пучка медленных атомов по п. 1, в котором высокотемпературная кювета и прямоугольное коническое зеркало изготовлены из серебра, металла, покрытого серебром, или диэлектрика, покрытого серебром.

16. Устройство генерации пучка медленных атомов по п. 1, в котором высокотемпературная кювета и прямоугольное коническое зеркало изготовлены из стекла, покрытого оптической многослойной пленкой.

17. Устройство генерации пучка медленных атомов по п. 1, в котором оптическое окно выполнено из сапфира.

18. Физический пакет для часов на оптической решетке, содержащий: устройство генерации пучка медленных атомов по п. 1; и

вакуумную камеру, которая окружает пространство часового перехода, в котором расположены атомы.

19. Применение физического пакета по п. 18 в качестве элемента атомных часов.

20. Применение физического пакета по п. 18 в качестве элемента для атомного интерферометра.

21. Применение физического пакета по п. 18 в качестве элемента для устройства квантовой обработки информации для атомов или ионизированных атомов.

22. Система физического пакета, содержащая: физический пакет для часов на оптической решетке по п. 18 и управляющее устройство, выполненное с возможностью управления работой физического пакета для часов на оптической решетке.