用於冷原子系統的高分辨成像裝置的製作方法

2023-06-06 05:28:16 1

專利名稱：用於冷原子系統的高分辨成像裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及冷原子系統，特別是一種用於冷原子系統的高分辨成像裝置。
背景技術：
目前隨著超冷原子製備技術以及光晶格技術的發展，利用超冷原子和光晶格技術進行量子模擬來研究凝聚態物理中的複雜量子問題成為了國際上研究的熱門，例如利用其來研究超流、超導、局域化等問題。而為了研究這些問題需要給超冷原子團加載無序光晶格，即雷射散斑，同時需要有高解析度的成像系統對無序光晶格中原子進行拍照，從而觀測原子的行為。 通常的超冷原子無序系統的成像光路和散斑光路是各自獨立的，需要兩個大數值孔徑的透鏡分別用來產生亞微米的雷射散斑和實現亞微米解析度的成像，這兩個大數值孔徑的透鏡將佔用真空池的兩個通光面。通常的真空池的形狀通常是長方體，通光面只有四個，因此如果兩個通光面被佔用了，那麼要加入別的雷射來對真空池中的原子進行操作將變得比較困難，影響了系統的後續擴展。另外由於採用了兩個大數值孔徑的透鏡，這兩個透鏡與原子團的相對位置關係需要分別調節，這個調節過程也比較繁複。

發明內容
為了克服上述問題，本發明提供一種用於冷原子系統的高分辨成像裝置，該裝置將散斑光路和高分辨成像光路集合起來，只用一個大數值孔徑的透鏡，因此只佔用一個真空池通光面，同時實現加載無序光晶格和高分辨成像，光路簡單，由於只用一個大數值孔徑的透鏡，只需調節好這個透鏡與原子團的相對位置，易於調節。本發明的技術解決方案如下一種用於冷原子系統的高分辨成像裝置，該裝置包括無序光晶格生成光路和成像光路，其特點在於所述的無序光晶格生成光路包括雷射束，沿該雷射束方向依次由第一透鏡、第二透鏡、擴散膜、反射鏡和雙色鏡組成，所述的第一透鏡和第二透鏡組成擴束系統，所述的反射鏡和雙色鏡與光束方向成45° ;所述的成像光路包括成像照明光束，沿該成像照明光束方向依次由真空池、第三透鏡、雙色鏡、第四透鏡、CCD組成，所述的第三透鏡和第四透鏡的焦點重合，第三透鏡的焦距為f，的焦距為F，第三透鏡和第四透鏡之間是間隔為F+f，所述的CXD位於所述的第四透鏡的後焦面上，所述的擴散膜是一種透明的但厚度無序分布的膜狀材料；所述的雷射束，經第一透鏡和第二透鏡組成的擴束系統擴束後再經所述的擴散膜調製，形成散斑光束，該散斑光束由反射鏡和雙色鏡反射經第三透鏡聚焦到所述的真空池中第三透鏡的焦點，雷射焦斑光強呈現散斑結構，處於所述的真空池散斑結構的冷原子團，在與冷原子團共振的所述的成像照明光束的照明下，產生的圖樣經所述的經第三透鏡、雙色鏡、第四透鏡後成像在所述的CXD上。所述的散斑結構的散斑顆粒的大小由聚焦前雷射光斑的直徑和聚焦透鏡的焦距決定5 S -J^·其中f為第三透鏡的焦距，δ為散斑顆粒的平均橫向尺寸，D為所述的散斑光束聚焦前雷射光斑的直徑，λ為雷射的波長。所述的雙色鏡對所述的雷射束全反射，對成像照明光束透射的平面鏡。本發明的技術效果本發明用於冷原子系統的高分辨成像裝置，該裝置包括無序光晶格生成光路和成像光路，兩光路共用一個大數值孔徑的透鏡，產生亞微米的散斑顆粒的同時對原子團進行亞微米解析度的成像，因此結構簡單緊湊，只佔用真空池的一個通光面，方便了添加別的雷射束來對原子進行操作，有利於系統的後續擴展。與傳統系統相比不需分別調節兩個透鏡，提聞了調節的便利性。


圖I是本發明用於冷原子系統的高分辨成像裝置光路示意圖
具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本發明作進一步說明，但不應以此限制本發明的保護範圍。請參閱圖1，圖I是本發明用於冷原子系統的高分辨成像裝置光路示意圖。由圖可見，本發明一種用於冷原子系統的高分辨成像裝置，該裝置包括無序光晶格生成光路和成像光路，所述的無序光晶格生成光路包括散斑光光源一雷射束10，沿該雷射束10方向依次由第一透鏡I、第二透鏡2、擴散膜3、反射鏡4和雙色鏡5組成，所述的第一透鏡I和第二透鏡2組成擴束系統，所述的反射鏡4和雙色鏡5與光束方向成45° ;所述的成像光路包括照明光源一成像照明光束11，沿該成像照明光束11方向依次包括真空池9、第三透鏡7、雙色鏡5、第四透鏡6、(XD8，所述的第三透鏡7和第四透鏡6的焦點重合，第三透鏡7的焦距為f，第四透鏡6的焦距為F，第三透鏡7和第四透鏡6之間是間隔為F+f，所述的CXD 8位於所述的第四透鏡6的後焦面上，所述的擴散膜3是一種透明的但厚度無序分布的膜狀材料；所述的雷射束10經第一透鏡I和第二透鏡2組成的擴束系統擴束後，再經所述的擴散膜3調製，形成散斑光束，該散斑光束由反射鏡4和雙色鏡5反射經第三透鏡7聚焦到所述的真空池9中焦點，雷射光強呈現散斑結構，處於所述的真空池9散斑結構的冷原子團，在與冷原子團共振的所述的成像照明光束11的照明下，產生的圖樣經所述的經第三透鏡7、雙色鏡5、第四透鏡6後成像在所述的(XD8上。所述的無序光晶格生成光路和成像光路共用一個大數值孔徑的消像差第三透鏡7，從而可以實現較好的成像。光路調節過程中可以調節反射鏡4的角度，保證散斑光光源雷射束10與第三透鏡7的光軸平行，從而讓雷射束10匯聚於第三透鏡7的焦點上。第三透鏡7的焦點位置需要調到原子團所處的位置上。所述的成像系統從照明光束11入射方向依次由真空池9、第三透鏡7、第四透鏡6以及CCD8組成。照明光束11是與所測原子團能級共振的平行雷射束，可被所測原子吸收。第三透鏡7和第四透鏡6的焦點重合，(XD8的感光面處於第四透鏡6的焦面上，這樣整個系統組成一個成像系統實現對原子團的成像。如果我們選擇532nm的雷射作為散斑光光源，780nm (對應銣87原子)的雷射作為 成像照明光，第三透鏡7選擇數值孔徑為O. 4的透鏡，可以實現O. 7微米的散斑顆粒並且同時可以實現相同量級解析度的成像。
權利要求
1.一種用於冷原子系統的高分辨成像裝置，該裝置包括無序光晶格生成光路和成像光路，其特徵在於所述的無序光晶格生成光路包括雷射束(10)，沿該雷射束(10)方向依次由第一透鏡(I)、第二透鏡(2)、擴散膜(3)、反射鏡(4)和雙色鏡(5)組成，所述的第一透鏡(I)和第二透鏡(2)組成擴束系統，所述的反射鏡(4)和雙色鏡(5)與光束成45° ;所述的成像光路包括成像照明光束(11)，沿該成像照明光束(11)方向依次由真空池(9)、第三透鏡(7)、雙色鏡(5)、第四透鏡(6)、CXD (8)組成，所述的第三透鏡(7)和第四透鏡(6)的焦點重合，第三透鏡(7)的焦距為f，的焦距為F，第三透鏡(7)和第四透鏡(6)之間是間隔為F+f，所述的CXD (8)位於所述的第四透鏡(6)的後焦面上，所述的擴散膜(3)是一種透明的但厚度無序分布的膜狀材料； 所述的雷射束(10)，經第一透鏡(I)和第二透鏡(2)組成的擴束系統擴束後再經所述的擴散膜(3)調製，形成散斑光束，該散斑光束由反射鏡(4)和雙色鏡(5)反射經第三透鏡(7)聚焦到所述的真空池(9)中焦點，雷射光強呈現散斑結構，處於所述的真空池(9)散斑結構的冷原子團，在與冷原子團共振的所述的成像照明光束(11)的照明下，產生的圖樣經所述的經第三透鏡(7 )、雙色鏡(5 )、第四透鏡(6 )後成像在所述的CXD (8 )上。
2.根據權利要求I所述的高分辨成像裝置，其特徵在於所述的散斑結構的散斑顆粒的大小由聚焦前雷射光斑的直徑和聚焦透鏡的焦距決定W^ 其中f為第三透鏡(7)的焦距，δ為散斑顆粒的平均橫向尺寸，D為所述的散斑光束聚焦前雷射光斑的直徑，λ為雷射的波長。
3.根據權利要求I所述的高分辨成像裝置，其特徵在於所述的雙色鏡(5)對所述的雷射束(10)全反射，對成像照明光束(11)透射的平面鏡。
全文摘要
一種用於冷原子系統的高分辨成像裝置，該裝置包括無序光晶格生成光路和成像光路，其特點在於所述的無序光晶格生成光路包括雷射束，沿該雷射束方向依次由第一透鏡、第二透鏡、擴散膜、反射鏡和雙色鏡組成，所述的第一透鏡和第二透鏡組成擴束系統，所述的反射鏡和雙色鏡與光束方向成45°；所述的成像光路包括成像照明光束，沿該成像照明光束方向依次由真空池、第三透鏡、雙色鏡、第四透鏡、CCD組成。本發明將雷射散斑產生光路和成像光路組合起來，利用一個消像差透鏡實現對冷原子團加載無序光晶格，並可以實現對原子團的高解析度成像，具有結構簡單，光路集成化程度高，佔用空間少，調節方便等優點。
文檔編號G02B27/58GK102879915SQ201210417668
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月26日 優先權日2012年10月26日
發明者段亞凡, 王育竹, 崔國棟 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所