专利名称：类同轴全息法原子束相衬成像装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是关于原子束成像技术，特别涉及一种类同轴全息法原子束相衬成像装置，不采用干涉方法，可以获得待测样品的位相信息。
背景技术：
近年来，由于激光冷却减速技术以及原子衍射栅制造技术的发展，为研究原子束干涉仪提供了技术基础。1991年美国麻省理工学院的D.W.Keith首次用三块透射光栅建成Ne原子干涉仪。第一块光栅用来分束，第二块光栅用来会聚，第三块光栅用来取样，其原理类似于早期的中子干涉仪结构。然而，这种干涉仪经两次衍射以后，效率很低，又结构复杂，调整困难，并不具有实用价值。
我们知道，通常要取得待测物体的位相信息，只有通过干涉方法，将待测样品置入干涉仪的一个臂中。干涉的结果从两个臂程差求得待测样品位相的信息。
近年来，X射线相衬成像技术取得了飞速发展，这种成像技术的最大特点是，不采用干涉法，可以获得位相信息。
X射线相衬成像主要有以下四种方法干涉法、衍射增强法、类同轴全息法和数字重构相衬成像法，目前被广泛使用的是类同轴全息法(参见在先技术[1]A.Snigirev，I.Snigireva，V.Kohu et al.，Rev.Sci.Instrum.1995，66，5486-5492，[2]S.W.Wilkins，T.E.Guregev，D.Gao et al.，Nature(London)，1996，384，335-338)。
如果采用相干X射线或部分相干X射线通过物体时，除了吸收以外，还要产生位相变化，即发生波前的畸变。这种波面畸变导致部分波面的传播方向发生变化，使波面重叠而形成干涉。这样，位相变化转化成强度变化，这是相衬成像的物理基础，更为重要的是，这种图像不经任何重构技术，可直接获得位相变化图像。
从以上分析可知，当硬X射线穿透样品后，如果将探测器直接放在样品后面，记录的是一张基于吸收衬度机制的X射线投影图。如果探测器和样品距离满足以下公式时Z2=0.49Z1λU2Z1-0.49---(1)]]>就可以获得物体的位相衬度像，式中λ是X射线波长，U是物体空间频率，Z1是待测样品和X射线源的距离。因此，当λ、U、Z1已确定以后，Z2有一特定距离。特别要指出的是，这种相衬像反映的是物体折射率发生突变的地方。
图1为X射线相衬成像装置原理图，它由三部分组成X射线源1，待测样品8和记录系统9。当X射线源1发出的X射线通过待测样品8以后，含有待测样品的位相信息。如果记录系统9放置在距待测样品8的距离Z2满足1式时，在记录系统9上获得待测样品8的位相信息。
X射线相衬成像技术，在探测生物样品、材料等实体方面非常有效，但它不能用来测试诸如电磁场、重力场等的位相变化。
受X射线相衬成像的启发，将其原理应用于原子光学中。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题在于克服上述在先技术中的不足，提供一种原子束相衬成像记录装置，该装置应能够测量电磁场、重力场等任何能引起原子束位相变化的物理量。
本实用新型技术思想是按照物质波干涉原理，把X射线相衬成像技术引进到原子光学中来。
本实用新型的技术解决方案是一种类同轴全息法原子束相衬成像装置，其特征在于它由四部分组成第一部分原子束源，它含有七个部分波长为598nm的激光器、光学透镜、Ne原子源、波长为640mm的染料激光器、磁光冷镜、两个针孔光阑；
所说的激光器用来把Ne原子激发到亚稳态，即Ne+hv→Ne*+e;]]>所说的光学透镜用来把激光器输出光束聚焦到一个小尺寸，以激发Ne原子；所说的Ne原子源是一个Ne原子炉；所说的染料激光器，用来形成一个驻波场囚禁Ne原子，让原子减速；所说的磁光冷镜由磁场和激光场组成，用来冷却原子；所说的两针孔光阑的孔径为0.2mm，两针孔光阑间的距离为0.6m，用来准直原子束；第二部分为待测样品；第三部分为记录系统和计算机所说的记录系统是微通道板和CCD，它是将具有一定能量的原子束来照明微通道板产生电子，再用CCD接收；所说的计算机和CCD联接，显示CCD接收到的信息；所述的记录系统与待测样品的距离为Z2=0.49Z1λU2Z1-0.49]]>式中λ是德布罗意波长，U是物体空间频率；第四部分为真空系统，除激光器、光学透镜和Ne原子束源、激光器和计算机以外，其它部分皆工作在该高真空系统中。
与在先技术相比本实用新型的类同轴全息法原子束相衬成像装置，能测量出任何一种可引起干涉位相变化的作用量，如电磁场、重力场等。借此可以用来测量原子的净电荷，玻色子的转动相移，伯瑞(Berry)位相特性(原子在空间变化的磁场中的运动)；还可以进行广义相对论的研究，测量地球的转动速度，测重力加速度的绝对值，在导航、测绘、地质结构等方面都有极大的应用价值。
图1为在先技术X射线相衬成像装置示意图。
图2为本实用新型类同轴全息法原子束相衬成像装置示意图。
具体实施方式
本实用新型的类同轴全息法原子束相衬成像装置如图2所示，它是由四部分组成，第一部分原子束源，第二部分待测样品，第三部分记录和显示装置，第四部分为真空系统。
第一部分原子束源，它含有七个部分波长为598nm的激光器1，光学透镜2，Ne原子源3，波长为640mm的染料激光器4，磁光冷镜5，针孔光阑6、7。
第二部分为待测样品8。
第三部分为记录系统9和计算机10。
第四部分为真空系统11。
所说的激光器1，输出波长为598nm，它是用来把Ne原子激发到亚稳态，即Ne+hv→Ne*+e.]]>所说的光学透镜2是用来把激光器1输出光束聚焦到一个小尺寸，以激发Ne原子。
所说的Ne原子源3是一个Ne原子炉。
所说的染料激光器4，波长为640nm，它用来形成一个驻波场囚禁Ne原子，让原子减速。
所说的磁光冷镜5，它是由磁场和激光场组成，用来冷却原子。
所说的针孔光阑6、7，直径为0.2mm，用来准直原子束。两针孔光阑6、7间的距离为0。6m。
所说的待测样品8，是能用来影响原子束位相的物体，如重力场等。
所说的记录系统9是微通道板和CCD，它是将具有一定能量的原子束来照明微通道板产生电子，再用CCD接收。
所说的计算机10是用来和CCD联接，显示CCD接收到的信息。
所说的真空系统11，它是由3个机械泵和3个扩散泵构成。
当原子炉3中的Ne原子首先被波长为598nm的激光器1，经光学透镜2聚焦激发到亚稳态1S5Ne*，进入磁光冷镜5。
磁光陷阱5是由激光场4和磁场组成的，能对原子进行冷却和捕捉，由于它结构简单，所以多年来被广泛用作冷原子束实验的基本工具。磁光陷阱即是用圆偏振的光产生光学粘胶，把光的频率调谐至略低于原子的吸收线，并从所有方向照射原子，多普勒频移使对着运动原子入射的光移近共振，而使背离它的光远离共振，这样原子优先散射从前方来的光子并被减速。
通常用六束激光形成三个相互垂直的驻波场，这样，原子在任何地方都可以受到一个粘滞阻尼力F，阻制其运动，能够囚禁一部分原子，形成可见的原子云，这样的原子云被命名为光学粘胶。
如果仅用光学粘胶的方法，来冷却和囚禁原子时，常使原子失谐，用一个球形四极矩磁场是，当原子远离原点时，塞曼频移使其趋于共振，光束就把原子向原点退回。典型的磁光陷阱，囚禁原子数目可达1010，温度在10～100μk范围内，密度可达1012/cm2。
1S5Ne*原子在磁光冷镜5中减速以后，慢慢漂移，变成1S3Ne*原子，经过针孔光阑6、7以后，改善了原子束的空间相干性，和待测样品8相互作用，含有样品的位相信息，被记录系统9测得相衬图像显示在计算机11上。
除激光器1，光学透镜2和Ne原子束源3，激光器4和计算机11以外，其它部分皆工作在高真空系统中。
当原子中的Ne原子首先被波长为598nm的激光器1，经光学透镜2聚焦激发到亚稳态1S5Ne*，进入磁光冷镜5。
磁光陷阱是由激光场和磁场组成的，能对原子进行冷却和捕捉，由于它结构简单，所以多年来被广泛用作冷原子束实验的基本工具。磁光陷阱即是用圆偏振的光产生光学粘胶，把光的频率调谐至略低于原子的吸收线，并从所有方向照射原子，多普勒频移使对着运动原子入射的光移近共振，而使背离它的光远离共振，这样原子优先散射从前方来的光子并被减速。
1S5Ne*原子在磁光冷镜5中减速以后，慢慢漂移，变成1S3Ne*原子，经过针孔光阑6、7以后，改善了原子束的空间相干性，和待测样品8相互作用，含有样品的位相信息，被放置在距待测样品的距离为Z2=0.49Z1λU2Z1-0.49]]>处的记录系统9测得相衬图像显示在计算机10上。
除激光器1，光学透镜2和Ne原子束源3，激光器4和计算机10以外，其它部分皆工作在高真空系统11中。
本实用新型的类同轴全息法原子束相衬成像装置，能测量出任何一种可引起干涉位相变化的作用量，如电磁场、重力场等。借此可以用来测量原子的净电荷，玻色子的转动相移，伯瑞(Berry)位相特性(原子在空间变化的磁场中的运动)；还可以进行广义相对论的研究，测量地球的转动速度，测重力加速度的绝对值，在导航、测绘、地质结构等方面都有极大的应用价值。
权利要求1.一种类同轴全息法原子束相衬成像装置，其特征在于它由四部分组成第一部分原子束源，它含有七个部分波长为598nm的激光器(1)、光学透镜(2)、Ne原子源(3)、波长为640mm的染料激光器(4)、磁光冷镜(5)、针孔光阑(6、7)；第二部分为待测样品(8)；第三部分为记录系统(9)和计算机(10)所说的记录系统(9)是微通道板和CCD，它是将具有一定能量的原子束来照明微通道板产生电子，再用CCD接收；所说的计算机(10)和CCD联接，显示CCD接收到的信息；所述的记录系统(9)与待测样品(8)的距离为Z2=0.49Z1λU2Z1-0.49]]>式中λ是德布罗意波长，U是物体空间频率；第四部分为真空系统(11)，除激光器(1)、光学透镜(2)和Ne原子束源(3)、激光器(4)和计算机(10)以外，其它部分皆工作在该高真空系统(11)中。
专利摘要一种类同轴全息法原子束相衬成像装置，其特征在于它由四部分组成第一部分原子束源，它含有七个部分波长为598nm的激光器、光学透镜、Ne原子源、波长为640mm的染料激光器、磁光冷镜、两个针孔光阑；第二部分为待测样品；第三部分为记录系统和计算机所说的记录系统是微通道板和CCD，它是将具有一定能量的原子束来照明微通道板产生电子，再用CCD接收；所说的计算机和CCD联接，显示CCD接收到的信息；所述的记录系统与待测样品的距离为
文档编号G01N23/04GK2739623SQ20042009098
公开日2005年11月9日 申请日期2004年10月13日 优先权日2004年10月13日
发明者陈建文, 高鸿奕, 李儒新, 徐至展 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所