磁光阱反應(yīng)顯微成像譜儀的腔體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種磁光阱反應(yīng)顯微成像譜儀的腔體，包括一球形腔體，球形腔體的上下兩端分別通過側(cè)法蘭連接一筒形腔體；球形腔體的左右兩端分別開孔并連接側(cè)法蘭；其中一個(gè)側(cè)法蘭連接塞曼減速器的一端，塞曼減速器的另一端連接原子蒸爐；塞曼減速器上套設(shè)有多個(gè)用于散熱的銅片，銅片上繞有磁線圈；球形腔體的前后兩端分別開孔并連接側(cè)法蘭作為光學(xué)窗口；球形腔體的剩余部分均勻分布有至少十六個(gè)法蘭口作為光束輸入窗口或觀察窗口，每個(gè)法蘭口的中心軸線與球形腔體的中心相交；球形腔體內(nèi)固定設(shè)置有一磁光阱，磁光阱用于對靶原子進(jìn)行冷卻囚禁。本發(fā)明整合了磁光阱技術(shù)和反應(yīng)顯微成像譜議的各自優(yōu)勢，拓展了反應(yīng)顯微成像的應(yīng)用范圍。
【專利說明】磁光阱反應(yīng)顯微成像譜儀的腔體
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種反應(yīng)顯微成像譜儀，具體涉及一種磁光阱反應(yīng)顯微成像譜儀的腔體。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年，超強(qiáng)超快激光以及新一代同步輻射光源新技術(shù)得到前所未有的發(fā)展。阿秒高次諧波、第三代同步輻射(上海先進(jìn)光源)和自由電子激光(第四代同步輻射)引發(fā)極端強(qiáng)場超快激光新技術(shù)革命，其與物質(zhì)相互作用的新物理與新效應(yīng)、超快電子、原子、分子反應(yīng)動力學(xué)的量子相干控制、極端條件下的精密測量與調(diào)控等關(guān)鍵科學(xué)問題在原子分子量子信息、凝聚態(tài)、半導(dǎo)體材料、空間、生物醫(yī)學(xué)、能源、環(huán)境等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用，同時(shí)也是人類進(jìn)一步認(rèn)知材料科學(xué)、生命科學(xué)和信息科學(xué)的基石。
[0003]要實(shí)現(xiàn)原子分子中量子態(tài)演化的精密操縱和調(diào)控，需要對分子、原子和電子進(jìn)行具有超高空間和動量分辨率的多體符合成像技術(shù)。其中的符合探測，是指電子和反沖離子來自同一個(gè)原子。
[0004]目前，多體符合成像技術(shù)日益成熟，與泵浦探測技術(shù)相結(jié)合，在強(qiáng)場非線性光學(xué)、阿秒高次諧波產(chǎn)生、電子原子分子量子態(tài)演化的激光相干控制等領(lǐng)域，已經(jīng)完成一大批舉世矚目的、創(chuàng)造性的基礎(chǔ)研究工作。尤其是阿秒脈沖和幾飛秒X-ray激光脈沖的誕生，實(shí)現(xiàn)對電子原子分子超快運(yùn)動的操縱以及在原子分子尺度上(埃的數(shù)量級)對單分子成像。電子原子分子運(yùn)動的操縱和單分子成像都需要在動量空間上精密分辨原子分子的本征量子態(tài)。
[0005]目前，多體符合成像類實(shí)驗(yàn)一般使用的是超音速氣體靶，高速運(yùn)動的氣體樣品(原子分子)雖然能一定程度地降低氣體的溫度，但是氣態(tài)原子分子的熱運(yùn)動仍然存在，大大降低了原子分子成像實(shí)驗(yàn)的能量(動量)分辨率，造成量子態(tài)在能量表象(動量分布)很難分辨，模糊了內(nèi)在物理圖像。
[0006]另外，多體動力學(xué)中電子-電子關(guān)聯(lián)誘發(fā)的高激發(fā)態(tài)量子混沌、雙電子電離關(guān)聯(lián)糾纏，阿秒高次諧波產(chǎn)生內(nèi)在物理機(jī)制等其他原子分子物理前沿科學(xué)問題也受限于當(dāng)前分辨率而無法徹底解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種磁光阱反應(yīng)顯微成像譜儀的腔體，它可以實(shí)現(xiàn)超高分辨率的多體符合成像。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明磁光阱反應(yīng)顯微成像譜儀的腔體的技術(shù)解決方案為:
[0009]包括一球形腔體，球形腔體的上下兩端分別通過側(cè)法蘭連接一筒形腔體；筒形腔體用于連接離子或電子探測器；球形腔體的左右兩端分別開孔并連接側(cè)法蘭；其中一個(gè)側(cè)法蘭連接塞曼減速器的一端，塞曼減速器的另一端連接原子蒸爐；塞曼減速器上套設(shè)有多個(gè)用于散熱的銅片，銅片上繞有磁線圈；塞曼減速器作為原子減速裝置，對高速靶原子進(jìn)行減速降溫；塞曼減速器的中心軸線與球形腔體的中心相交；球形腔體的前后兩端分別開孔并連接側(cè)法蘭作為光學(xué)窗口 ；光學(xué)窗口用于反應(yīng)光束的入射或觀察窗口 ；球形腔體的剩余部分均勻分布有至少十六個(gè)法蘭口作為光束輸入窗口或觀察窗口，每個(gè)法蘭口的中心軸線與球形腔體的中心相交；相鄰兩個(gè)法蘭口的中心軸線之間成45度夾角；球形腔體內(nèi)固定設(shè)置有一磁光阱，磁光阱用于對靶原子進(jìn)行冷卻囚禁。
[0010]所述至少十六個(gè)法蘭口分為大小兩種法蘭口，大法蘭口與小法蘭口間隔設(shè)置。
[0011]所述至少十六個(gè)法蘭口中，其中八個(gè)法蘭口位于球形腔體的同側(cè)，另外八個(gè)法蘭口位于球形腔體的另一側(cè)。
[0012]所述兩個(gè)筒形腔體在同一軸線上并且與球形腔體的內(nèi)腔相連通。
[0013]所述筒形腔體的側(cè)壁沿周向均勻分布有三個(gè)法蘭。
[0014]所述球形腔體內(nèi)的磁光阱在球心形成磁場中心；六束冷卻激光分別從四個(gè)小法蘭口以及兩個(gè)側(cè)法蘭相向入射到球形腔體中；從四個(gè)小法蘭口入射的四束冷卻激光在同一平面上，從兩個(gè)側(cè)法蘭入射的兩束冷卻激光在同一直線上并且垂直于前四束冷卻激光所形成的平面；六束冷卻激光與磁光阱產(chǎn)生的磁場組成磁光阱原子冷卻系統(tǒng)；從原子蒸爐出來的靶原子經(jīng)過塞曼減速器后進(jìn)入球形腔體內(nèi)，在磁光阱內(nèi)進(jìn)行冷卻；冷卻后的靶原子匯聚到球形腔體形成低速原子凝聚態(tài)，成為超冷原子，再經(jīng)磁光阱的磁場和外激光場作用被囚禁在球形腔體內(nèi)；讓一碰撞激光束與該超冷原子相互作用，超冷原子被打碎成為帶電荷的離子或電子碎片，由兩端的離子或電子探測器所記錄，實(shí)現(xiàn)對超冷靶的超精細(xì)測量。
[0015]本發(fā)明可以達(dá)到的技術(shù)效果是:
[0016]本發(fā)明整合了磁光阱技術(shù)和反應(yīng)顯微成像譜議的各自優(yōu)勢，將磁光阱技術(shù)應(yīng)用于反應(yīng)顯微成像譜議上，拓展了`反應(yīng)顯微成像的應(yīng)用范圍，相對現(xiàn)行實(shí)驗(yàn)熱靶而言，超冷靶可以提高成像分辨率，從而將超冷原子技術(shù)和反應(yīng)顯微成像譜儀技術(shù)進(jìn)行整合。
[0017]本發(fā)明能夠使得儀器各部分更加緊湊，優(yōu)化譜儀內(nèi)電場，保證電場穩(wěn)定性和空間時(shí)間聚集特性，最終實(shí)現(xiàn)多體符合全微分截面測量。
[0018]本發(fā)明能夠形成合理的空間磁場，在數(shù)據(jù)采集過程中保持反應(yīng)區(qū)的均勻磁場，實(shí)現(xiàn)銣原子冷卻和電子離子符合計(jì)數(shù)。
[0019]本發(fā)明能夠使粒子譜儀電場的穩(wěn)定度高達(dá)10_5，從而能夠?qū)⒋殴廒宸磻?yīng)顯微成像譜儀的能量精度提高至μ eV量級，相比現(xiàn)有的反應(yīng)顯微成像譜儀的能量精度提高了 1000倍(現(xiàn)有的反應(yīng)顯微成像譜儀的反沖離子能量測量的精度為mev量級)。
[0020]本發(fā)明能夠去除磁光講MOT (Magneto-Optical Trap)中冷原子團(tuán)空間尺寸效應(yīng)對譜儀探測器分辨率的干擾。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
[0022]圖1是本發(fā)明磁光阱反應(yīng)顯微成像譜儀的腔體的示意圖；
[0023]圖2是圖1的俯視圖。
[0024]圖中附圖標(biāo)記說明:
[0025]I為側(cè)法蘭，2為側(cè)法蘭，
[0026]3為大法蘭口，[0027]5為法蘭，
[0028]7為側(cè)法蘭，8為塞曼減速器，
[0029]9為小法蘭口。
【具體實(shí)施方式】
[0030]如圖1、圖2所示，本發(fā)明磁光阱反應(yīng)顯微成像譜儀的腔體，包括一球形腔體，球形腔體的上下兩端(Z向)分別通過側(cè)法蘭I連接一筒形腔體，兩個(gè)筒形腔體在同一軸線上并且與球形腔體的內(nèi)腔相連通；每個(gè)筒形腔體的側(cè)壁沿周向均勻分布有三個(gè)法蘭5 ;筒形腔體用于連接離子或電子探測器；法蘭5用于外接真空泵系統(tǒng)或作為觀察窗口 ；
[0031]球形腔體的左右(X向)兩端分別開孔并連接側(cè)法蘭7 ;其中一個(gè)側(cè)法蘭7連接塞曼減速器(Zeeman slower) 8的一端,塞曼減速器8的另一端連接原子蒸爐；塞曼減速器8上套設(shè)有多個(gè)用于散熱的銅片，銅片上繞有磁線圈；塞曼減速器作為原子減速裝置，對高速靶原子進(jìn)行減速降溫；塞曼減速器的中心軸線與球形腔體的中心相交，以使靶原子經(jīng)過塞曼減速器8后直接進(jìn)入球形腔體的中心；
[0032]球形腔體的前后(Y向)兩端分別開孔并連接側(cè)法蘭2作為光學(xué)窗口 ；光學(xué)窗口用于反應(yīng)光束的入射或觀察窗口；
[0033]球形腔體的剩余部分(即球形腔體上除六個(gè)側(cè)法蘭1、2、7以外的部分)均勻分布有至少十六個(gè)法蘭口(圖中為二十個(gè)法蘭口)作為光束輸入窗口或觀察窗口，每個(gè)法蘭口的中心軸線與球形腔體的中心相交；相鄰兩個(gè)法蘭口的中心軸線之間成45度夾角；全部法蘭口分為大小兩種法蘭口，大法蘭口 3與小法蘭口 9間隔設(shè)置；則球形腔體兩側(cè)分別設(shè)置有四個(gè)大法蘭口 3和四個(gè)小法蘭口 9，其余四個(gè)小法蘭口 9位于球形腔體的中間區(qū)域；
`[0034]其中部分大法蘭口 3用于連接磁光阱冷卻激光，其余大法蘭口 3作為預(yù)備觀察窗口以便進(jìn)行光路調(diào)節(jié)和測試；小法蘭口 9作為測試窗口和觀察窗口 ；
[0035]球形腔體內(nèi)固定設(shè)置有一磁光阱，磁光阱用于對靶原子進(jìn)行冷卻囚禁。
[0036]本發(fā)明通過設(shè)置與球形腔體中心相交的至少十六個(gè)法蘭口，能夠使所有光束匯聚到球形腔體中心位置，從而有利于光路調(diào)節(jié)、原子冷卻和顯微反應(yīng)。
[0037]本發(fā)明的工作原理如下:
[0038]球形腔體內(nèi)的磁光講在球心形成磁場中心；六束冷卻激光分別從位于球形腔體同側(cè)的相鄰兩個(gè)小法蘭口 9、與該兩個(gè)小法蘭口 9相對的位于球形腔體另一側(cè)的兩個(gè)小法蘭口 9以及兩個(gè)側(cè)法蘭2相向入射到球形腔體中；從四個(gè)小法蘭口 9入射的四束冷卻激光在同一平面上，從兩個(gè)側(cè)法蘭2入射的兩束冷卻激光在同一直線上并且垂直于前四束冷卻激光所形成的平面；六束冷卻激光與磁光阱產(chǎn)生的磁場組成磁光阱原子冷卻系統(tǒng)；
[0039]從原子蒸爐出來的靶原子具有很大的初速度和熱能，靶原子經(jīng)過塞曼減速器8后進(jìn)入球形腔體內(nèi)，在磁光阱內(nèi)進(jìn)行冷卻；
[0040]冷卻后的靶原子匯聚到球形腔體形成低速原子凝聚態(tài)，成為超冷原子，再經(jīng)磁光阱的磁場和外激光場作用被囚禁在球形腔體內(nèi)；讓一碰撞激光束與該超冷原子相互作用，超冷原子被打碎成為帶電荷的離子或電子碎片，由兩端的離子或電子探測器所記錄，實(shí)現(xiàn)對超冷祀的超精細(xì)測量。
[0041]本發(fā)明應(yīng)用于磁光阱反應(yīng)顯微成像譜儀上，能夠使磁光阱反應(yīng)顯微成像譜儀具有超高動量分辨率，實(shí)現(xiàn)多體符合成像探測。
[0042]本發(fā)明不僅能夠提升顯微反應(yīng)譜儀測量范圍和精度，而且能夠?qū)崿F(xiàn)超冷原子下顯微反應(yīng)過程。
[0043]本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)超冷原子全截面微分測量，從而拓寬反應(yīng)顯微成像譜儀的測量范圍。
[0044]本發(fā)明可用于同步輻射、紅外激光、離子環(huán)和自由電子激光場中原子分子反應(yīng)的超高精密測量。
[0045]以上所述僅為說明本發(fā)明的實(shí)施和實(shí)現(xiàn)方式，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保持范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種磁光阱反應(yīng)顯微成像譜儀的腔體，其特征在于:包括一球形腔體，球形腔體的上下兩端分別通過側(cè)法蘭連接一筒形腔體；筒形腔體用于連接離子或電子探測器； 球形腔體的左右兩端分別開孔并連接側(cè)法蘭；其中一個(gè)側(cè)法蘭連接塞曼減速器的一端，塞曼減速器的另一端連接原子蒸爐；塞曼減速器上套設(shè)有多個(gè)用于散熱的銅片，銅片上繞有磁線圈；塞曼減速器作為原子減速裝置，對高速靶原子進(jìn)行減速降溫； 球形腔體的前后兩端分別開孔并連接側(cè)法蘭作為光學(xué)窗口 ；光學(xué)窗口用于反應(yīng)光束的入射或觀察窗口； 球形腔體的剩余部分均勻分布有至少十六個(gè)法蘭口作為光束輸入窗口或觀察窗口，每個(gè)法蘭口的中心軸線與球形腔體的中心相交；相鄰兩個(gè)法蘭口的中心軸線之間成45度夾角； 球形腔體內(nèi)固定設(shè)置有一磁光阱，磁光阱用于對靶原子進(jìn)行冷卻囚禁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁光阱反應(yīng)顯微成像譜儀的腔體，其特征在于:所述至少十六個(gè)法蘭口分為大小兩種法蘭口，大法蘭口與小法蘭口間隔設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁光阱反應(yīng)顯微成像譜儀的腔體，其特征在于:所述至少十六個(gè)法蘭口中，其中八個(gè)法蘭口位于球形腔體的同側(cè)，另外八個(gè)法蘭口位于球形腔體的另一側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁光阱反應(yīng)顯微成像譜儀的腔體，其特征在于:所述兩個(gè)筒形腔體在同一軸線上并且與球形腔體的內(nèi)腔相連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁光阱反應(yīng)顯微成像譜儀的腔體，其特征在于:所述筒形腔體的側(cè)壁沿周向均勻分布有三個(gè)法蘭。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁光阱反應(yīng)顯微成像譜儀的腔體，其特征在于:所述塞曼減速器的中心軸線與球形腔體的中心相交。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁光阱反應(yīng)顯微成像譜儀的腔體，其特征在于:所述球形腔體內(nèi)的磁光阱在球心形成磁場中心；六束冷卻激光分別從四個(gè)小法蘭口以及兩個(gè)側(cè)法蘭相向入射到球形腔體中；從四個(gè)小法蘭口入射的四束冷卻激光在同一平面上，從兩個(gè)側(cè)法蘭入射的兩束冷卻激光在同一直線上并且垂直于前四束冷卻激光所形成的平面；六束冷卻激光與磁光講產(chǎn)生的磁場組成磁光講原子冷卻系統(tǒng)； 從原子蒸爐出來的靶原子經(jīng)過塞曼減速器后進(jìn)入球形腔體內(nèi)，在磁光阱內(nèi)進(jìn)行冷卻； 冷卻后的靶原子匯聚到球形腔體形成低速原子凝聚態(tài)，成為超冷原子，再經(jīng)磁光阱的磁場和外激光場作用被囚禁在球形腔體內(nèi)；讓一碰撞激光束與該超冷原子相互作用，超冷原子被打碎成為帶電荷的離子或電子碎片，由兩端的離子或電子探測器所記錄，實(shí)現(xiàn)對超冷靶的超精細(xì)測量。
【文檔編號】G01J3/02GK103528681SQ201310475976
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】江玉海, 劉亦帆, 張逸竹, 朱干軍 申請人:中國科學(xué)院上海高等研究院