1.本发明涉及一种具有交叉腔(交叉腔谐振腔)的光学谐振腔装置，特别地，用于光学俘获原子，例如应用于包括光晶格阱的光学原子钟或应用于量子模拟器，特别是量子气体显微镜。此外，本发明涉及光学谐振腔装置的使用方法，例如用于提供光学原子钟的参考原子或量子模拟器或量子计算机中的样本原子。此外，本发明涉及一种光学原子钟，以及一种包括光学谐振腔装置的量子模拟器。现有技术2.本说明书参考下述现有技术对比文件来说明本发明的
背景技术：
：：3.[1]a.d.ludlow、m.m.boyd、j.ye、e.peik和p.o.schmidt，opticalatomicclocks(光学原子钟)，《现代物理学评论》87，637(2015)；[0004][2]j.grotti等人，geodesyandmetrologywithatransportableopticalclock(借助可移动型光钟浅谈大地测量学和计量学)，《自然-物理学》14，437(2018)；[0005][3]s.b.koller、j.grotti、s.vogt、a.al-masoudi、s.s.u.sterr和c.lisdat，transportableopticallatticeclockwith7×10-17uncertainty(不确定度为7×10-17的可移动型光晶格钟)，《物理评论快报》118，073601(2017)；[0006][4]s.origlia等人，towardsanopticalclockforspace:compact,high-performanceopticallatticeclockbasedonbosonicatoms(面向空间的光钟：基于玻色原子的紧凑型高性能光晶格钟)，《物理学评论a辑》98，053443(2018)；[0007][5]s.campbell等人，afermi-degeneratethree-dimensionalopticallatticeclock(一种费米简并三维光晶格钟)，《科学》358，90(2017)；[0008][6]e.oelker等人，opticalclockintercomparisonwith6×10-19precisioninonehour(1小时内精度为6×10-19的光钟比较)，arxiv:1902.02741(2019)；[0009][7]r.p.feynman，simulatingphysicswithcomputers(用计算机模拟物理)，《国际理论物理学杂志》21，467(1982)；[0010][8]i.bloch、j.dalibard和w.zwerger，many-bodyphysicswithultracoldgases(多体物理学与超冷气体)，《现代物理学评论》80、885(2008)；[0011][9]i.bloch和c.gross，quantumsimulationswithultracoldatomsinopticallattices(光晶格中超冷原子的量子模拟)，《科学》357，995(2017)；[0012][10]i.bloch、j.dalibard和s.nascimbène，quantumsimulationswithultracoldquantumgases(超冷量子气体的量子模拟)，《自然-物理学》8，267(2012)；[0013][11]i.m.georgescu、s.ashhab和f.nori，quantumsimulation(量子模拟)，《现代物理学评论》86，153(2014)；[0014][12]w.s.bakr、j.i.gillen、a.peng、s.和m.greiner，aquantumgasmicroscopefordetectingsingleatomsinahubbard-regimeopticallattice(用于检测哈伯德体系光晶格中的单原子的量子气体显微镜)，《自然》462，74(2009)；[0015][13]j.f.sherson、c.weitenberg、m.endres、m.cheneau、i.bloch和s.kuhr，single-atom-resolvedfluorescenceimagingofanatomicmottinsulator(原子mott绝缘体的单原子分辨荧光成像)，《自然》467，68(2010)；[0016][14]a.mazurenko、c.s.chiu、g.ji、m.f.parsons、m.kanász-nagy、r.schmidt、f.grusdt、e.demler、d.greif和m.greiner，acold-atomfermi–hubbardantiferromagnet(冷原子费米-哈伯德反铁磁体)，《自然》545，462(2017)；[0017][15]m.boll、t.a.hilker、g.salomon、a.omran、j.nespolo、l.pollet、i.bloch和c.gross，spinandchargeresolvedquantumgasmicroscopyofantiferromagneticorderinhubbardchains(哈伯德链中反铁磁序的自旋和电荷分辨量子气体显微镜)，《科学》353，1257(2016)；[0018][16]c.k.hong、z.y.ou和l.mandel，measurementofsubpicosecondtimeintervalsbetweentwophotonsbyinterference(干涉法测量两光子间的亚皮秒时间间隔)，《物理评论快报》59，2044(1987)；[0019][17]r.islam、r.ma、p.m.preiss、a.lukin、m.rispoli和m.greiner，measuringentanglemententropyinaquantummany-bodysystem(量子多体系统中纠缠熵的测量)，《自然》528，77(2015)；[0020][18]julianleonard、andreamorales、philipzupancic、tilmanesslinger和tobiasdonner，“supersolidformationinaquantumgasbreakingcontinuoustranslationalsymmetry”(打破连续平移对称性的量子气体中的超固体形成)，《自然》543，87(2017)；[0021][19]s.blatt、a.mazurenko、m.f.parsons、c.s.chiu、f.huber和m.greiner，low-noiseopticallatticesforultracold6li(用于超冷6li的低噪声光晶格，《物理学评论a辑》92，021402(2015)；[0022][20]a.mazurenko、s.blatt、f.huber、m.f.parsons、c.s.chiu、g.ji、d.greif和m.greiner，implementationofastable,high-poweropticallatticeforquantumgasmicroscopy(实现量子气体显微镜的稳定、高功率光晶格)，《科学仪器评论》90，033101(2019)；[0023][21]j.léonard、m.lee、a.morales、t.m.karg、t.esslinger和t.donner，opticaltransportandmanipulationofanultracoldatomiccloudusingfocus-tunablelenses(利用可调焦透镜实现超冷原子云的光学输运和操纵)，《新物理学期刊》16，093028(2014)；以及[0024][22]r.j.lewis-swan、m.a.norcia、j.r.k.cline、j.k.thompson和a.m.rey，robustspinsqueezingviaphoton-mediatedinteractionsonanopticalclocktransition(通过光钟跃迁中光子介导相互作用产生鲁棒的自旋压缩)，《物理评论快报》121，070403(2018)。[0025]众所周知，国际单位和测量体系中以国际单位制(si)编码的测量单位最近已经通过基本物理常数组合来定义。下次更新si体系将对秒的定义进行更改。si秒被定义为铯原子两个超精细状态之间微波跃迁的特定振荡次数，使用所谓的铯原子喷泉钟进行测量。近15年来，与铯原子喷泉标准相比，一种基于在光晶格(即所谓的光晶格钟)中所俘获锶原子的光跃迁的新型频率标准在稳定性和准确性方面提高了两个数量级[1]。为此，经过计划，si秒在未来几年内按照光学标准重新定义。[0026]光晶格钟已经变得非常精确，使得通过在地球重力场中简单地将光晶格钟调高几厘米，可以直接观察到广义相对论的影响[1]。这种能力为直接测量重力势在大地测量学中的应用开辟了全新的可能性[2]。时间测量精度提高也将显著提高全球卫星导航的精度。光学频率标准已经经由地基光纤网络链接到量子网络中。这些网络将在欧洲和国际各地的远程实验室之间提供相位相干链接[1]。将来，通过此类链接将能够在地球大小的尺度上检测重力波，并且将为其它天文或深空观测提供甚长基线干涉测量。[0027]光学原子钟的所有这些近期应用都必须依赖于高效、稳健的光学标准，这些标准必须与空间飞行器、卫星、飞机或移动车辆上的移交操作兼容。具体地，空基系统在发射阶段将需要具有抵抗强加速的弹性，并且在发射之后不能手动重新调整。因此，在基于地球的量子计量实验室中，有兴趣从高度受控的环境中移除被配置为光学晶格钟的光学原子钟，并为常规应用提供鲁棒的和/或可移动的光学原子钟。[0028]在参考文献[2、3]中已经实现了一种可移动型光晶格钟。这种光晶格钟在一维光晶格中使用锶原子，该一维光晶格是通过反射初始激光束一次并且将反射的激光束与初始激光束叠加而形成的。光晶格钟使用固定的后向反射器，但是也可使用标准运动学支承，此类标准运动学支承容易受到温度漂移和振动的影响，并且在经受强加速之后需要重新调整。虽然参考文献[2、3]中描述的光晶格钟装在卡车上，但是此类光晶格钟在被移动时不能运行。具体地，isoc项目的目的是构建空间兼容的光晶格钟[4]。协作旨在降低重量和功耗，并提高长期稳定性。然而，目前使用的是使用后向反射激光束的标准一维晶格。[0029]最新一代光晶格钟[5、6]在高分辨率显微镜物镜的焦点处使用二维光晶格和锶原子的费米简并气体。该装置与用于量子模拟的量子气体显微镜几乎相同(参见下文)。然而，这个基于实验室的标准仍然使用采用后向反射光束的光晶格，并且受到晶格光束腰(1/e2光束半径)约为100μm的光功率要求的限制，从而限制参考原子的数量和光晶格钟的信噪比。[0030]光晶格的另一个主要应用是(具有光晶格中超冷原子[8、9]的)量子模拟[7]相关领域。正如在光学频率标准中一样，在此类量子模拟器中通过激光俘获和操纵原子。为了俘获原子，将原子限制到形成光晶格阱的后向反射激光束的强度极大值。量子模拟器不是简单地探测所俘获原子的时钟跃迁，而是用于研究当原子在光晶格中隧穿和相互作用时产生的量子多体动力学[8]。在绝对零度以上低于百万分之一开尔文的温度条件下，原子的运动和相互作用必须用量子力学来描述。[0031]基于超冷原子的量子模拟器用于更深入地研究量子力学模型的动力学，如描述凝聚态物理中晶体中电子运动的哈伯德模型[9]。参考文献[9、10、11]中描述了本领域的研究进展，例如研究量子自旋系统的物理学和超出固态器件或计算方法范围的更多奇异现象。过去十年中的大部分进展都得益于新型显微技术，采用这些技术可以观察和控制高分辨率成像系统平面中的每个原子[12、13]。然而，即使采用这些新技术，在保持对每个原子的完全控制的同时，构建几十个以上原子的低温量子系统仍然是非常具有挑战性的。[0032]利用光晶格中的超冷原子进行量子模拟的主要挑战之一是使俘获条件更加均匀。如上所述，光晶格通常由后向反射激光束形成。任何此类光束都必须具有横向于其传播方向的有限范围。激光束的横向强度分布导致形成的光晶格深度发生横向变化。然后，这种深度变化会导致隧穿速率和相互作用参数发生变化。由于系统参数随位置变化，因此无法在光晶格中实现完全均匀的量子系统。不均匀性转化为有限范围的所需量子相，例如mott绝缘体，其中原子的排列方式使得单个原子占据每个晶格位置。mott绝缘相是目前可以实现的最低熵量子相，通常用作量子模拟器的初始化。此类模拟的保真度受到初始mott绝缘体的有限尺寸和缺陷的限制。为此，需要减小光晶格不均匀性并增加可实现的mott绝缘体尺寸。[0033]已经在量子气体显微镜装置中证明了最均匀的光晶格系统[9]。在这里，高空间分辨率允许局部修改光晶格，并且可以补偿由于晶格激光束的横向形状而导致的一些不均匀性。这种补偿对费米原子[14]特别重要，与玻色原子相比，该费米原子(由于泡利不相容原理)分布在光晶格的较大区域内。具有费米原子的最新技术量子气体显微镜可以产生约30*30个原子的几乎无缺陷的原子棋盘图案(这是哈伯德模型的mott绝缘相)[14、15]。这些尺寸受到产生光晶格势的激光束的横向范围的限制，而其又受到1064nm(约50w)的高功率固态激光器提供的激光功率的限制。使用此类mott绝缘体作为起始点的最新技术量子模拟已经受到晶格位置相同程度的限制。用于量化粒子相同程度的标准量子光学方法是hong-ou-mandeleffect(洪-欧-孟德尔效应)[16]。在这种效应下，两个相同的光子被带到分束器上。如果光子完全相同，它们将始终一起离开分束器的其中一个端口。由此，就不会在一个端口中找到一个光子，而在另一个端口中找到另一个光子。这种效应可以转化为大质量粒子，并且已经在具有玻色子的量子气体显微镜中进行了测量[17]。由于过去无法找到更多相同的晶格位置，因此这种测量仅限于干扰各有四个原子的两个样本。因此，也有兴趣构建具有改进均匀性的较大光晶格阱，用于量子模拟应用。[0034]实现上述目标的最简单方法可以基于简单地增加晶格激光束的横向范围。然而，量子计量和量子模拟都要求晶格具有极高的振幅和频率稳定性。增加光束尺寸是具有挑战性的，因为最新技术量子模拟实验室已经使用了满足所需稳定性标准的最高功率激光器所能达到的最大光束尺寸。[0035]作为后向反射激光束的替代方案，如果使用谐振光场增强来产生光阱，则上述问题甚至更具有挑战性。在这种情况下，光阱被设置在光学谐振腔中，特别是在光学谐振腔的谐振腔模的腰部。为了构建二维光阱，使用具有交叉腔的光学谐振腔，例如在参考文献[18]中所描述的。具有交叉腔的传统光学谐振腔由两对位于同一衬底上的谐振腔反射镜组成。为了获得足够的俘获稳定性，这种装置被限制为阱中的小模腰直径约为200μm，从而限制原子的数量和量子模拟应用的信噪比。此外，当光学谐振腔在真空中操作时，由于创建真空或在创建真空之后进行加热，谐振腔的几何形状可能会漂移。[0036]发明目的[0037]本发明的目的是提供一种改进型光学谐振腔装置用于光学俘获原子，从而规避传统技术的缺点。具体地，本发明的目的是提供一种改进型光学谐振腔装置，该光学谐振腔装置具有以下特征：具有坚固的结构；允许移动操作；甚至在强加速下保持稳定性；提供均匀的俘获条件；允许在多个维度内构建晶格阱；和/或允许构建使俘获粒子尺寸和数量增加的晶格阱。此外，本发明的目的是提供一种使用光学谐振腔装置来光学俘获原子的改进型方法。此外，本发明的目的是提供一种改进型原子俘获装置，用于在光学原子钟、量子模拟器或量子计算机中构建原子的二维排列及其应用。技术实现要素：[0038]这些目的是相应地通过具有主权利要求的特征的光学谐振腔装置(opticalresonatordevice)、通过采用所述光学谐振腔装置来光学俘获原子的方法、通过诸如光学原子钟等原子俘获装置以及通过采用所述光学谐振腔装置的量子模拟器和/或量子计算机来解决的。本发明的优选实施例和应用阐明于从属权利要求中。[0039]根据本发明的第一总体方面，上述目的是通过一种具有交叉腔的光学谐振腔装置来解决的，所述光学谐振腔装置包括：第一线性光学谐振腔(第一腔)，所述第一线性光学谐振腔沿第一直线谐振腔光路在第一谐振腔反射镜之间延伸并支持至少一个第一谐振腔模；第二线性光学谐振腔(第二腔)，所述第二线性光学谐振腔沿第二直线谐振腔光路在第二谐振腔反射镜之间延伸并支持至少一个第二谐振腔模。所述第一光学谐振腔和所述第二光学谐振腔中的每一个包括一对谐振腔反射镜。每个谐振腔反射镜包括反射镜衬底和反射涂层，所述反射涂层面向相关光学谐振腔的另一个谐振腔反射镜。优选地，所述反射涂层包括介电层的叠层，所述介电层的叠层的选择使得对于操作波长获得特定的反射率。所述第一光学谐振腔和所述第二光学谐振腔彼此交叉，即所述第一谐振腔光路和所述第二谐振腔光路彼此相交。所述第一谐振腔模和所述第二谐振腔模彼此交叉。容置所述第一谐振腔光路和所述第二谐振腔光路的平面在这里被表示为主谐振腔平面。[0040]此外，所述光学谐振腔装置包括载体装置，所述载体装置支承所述第一谐振腔反射镜和所述第二谐振腔反射镜。所述第一谐振腔反射镜和所述第二谐振腔反射镜固定地放置在所述载体装置上。由于所述第一腔和所述第二腔的交叉配置，可以在所述主谐振腔平面中提供光晶格阱，其中所述第一谐振腔模和所述第二谐振腔模(晶格激光束)彼此交叉。调整所述载体装置和与所述载体装置连接的所述第一谐振腔反射镜和所述第二谐振腔反射镜，使得在光场耦合到所述第一光学谐振腔和所述第二光学谐振腔中的情况下，叠加所述光场并产生提供光晶格阱的场极值。所述光晶格阱是所述交叉腔的一部分，其中原子俘获光场极值可以由在谐振腔内传播的激光产生。优选地，所述第一光学谐振腔和所述第二光学谐振腔在谐振腔长度和反射镜形状方面具有相等的几何形状，使得所述第一光学谐振腔和所述第二光学谐振腔可以支持相同或至少足够相似的谐振腔模。[0041]根据本发明，所述载体装置包括单片式分隔体，所述单片式分隔体由固体超低膨胀材料制成并且包括第一载体表面(即第一对载体表面)和第二载体表面(即第二对载体表面)，所述第一载体表面容置所述第一谐振腔反射镜，所述第二载体表面容置所述第二谐振腔反射镜。所述分隔体是单片式分隔体，即由一个单一整体材料块制成。所述单片式分隔体包括超低膨胀材料，即一种不具有热膨胀或具有最小热膨胀系数的材料。优选地，所述单片式分隔体的所述材料在操作所述光学谐振腔装置的温度条件下，优选地，在室温或低温条件下具有零交叉的热膨胀功能。所述载体表面包括所述分隔体的表面部分。优选地，所述载体表面是垂直于所述主谐振腔平面延伸的平面表面部分。所述载体表面是所述分隔体的外侧侧面。优选地，所述谐振腔反射镜的所述反射镜衬底由以下材料制成：透明材料，允许光耦合到所述谐振腔中；以及同时具有热膨胀系数等于或匹配于所述分隔体材料的所述热膨胀系数的材料。[0042]此外，根据本发明，所述第一谐振腔光路延伸穿过所述第一载体表面之间的所述分隔体中的第一分隔体孔，所述第二谐振腔光路延伸穿过所述第二载体表面之间的所述分隔体中的第二分隔体孔。所述第一分隔体孔和所述第二分隔体孔是穿过所述分隔体的中空通道，所述中空通道在它们的交点处一分为二。所述第一分隔体孔和所述第二分隔体孔中的每一个的内径分别大于至少一个第一谐振腔模和至少一个第二谐振腔模的模直径。通常，所述分隔体孔也可以理解为穿过所述分隔体的孔或通道，并且径向地完全由所述分隔体材料封闭。[0043]优选地，所述分隔体具有沿所述主谐振腔平面延伸的板形。垂直于所述主谐振腔平面的所述分隔体的尺寸被表示为所述分隔体的厚度。选择所述分隔体的厚度，使得所述分隔体具有足够的机械稳定性，并且所述载体表面具有足够的尺寸以附接所述谐振腔镜。[0044]根据本发明的第二总体方面，上述目的是通过一种用于构建原子二维排列的原子俘获方法来解决的，其中使用根据本发明上述第一总体方面所述的光学谐振腔装置。所述原子捕获方法包括以下步骤：在第一谐振腔模和第二谐振腔模彼此交叉的区域中构建光晶格阱。所述光晶格阱是通过将激光束耦合到第一光学谐振腔和第二光学谐振腔中来构建的。由于每个谐振腔的谐振几何形状，支持在所述谐振腔的交点处叠加的谐振腔模，从而形成所述光晶格阱。将所述光学谐振腔装置中的原子云俘获在所述光晶格阱中。在创建所述光晶格阱之前或之后，可以将所述原子引入所述光学谐振腔装置中。当所述原子位于所述光晶格阱的场极值时，可以如下所述实现所述俘获的原子的计量和/或模拟应用。[0045]优选地，创建所述光晶格阱的所述步骤包括将第一连续波(cw)和第二连续波(cw)激光束分别耦合到所述第一光学谐振腔和所述第二光学谐振腔中，使得通过在第一分隔体孔和第二分隔体孔的交点处重叠所述第一谐振腔模和所述第二谐振腔模来形成所述光晶格阱。根据本发明的优选应用，可以提供以下步骤：使用成像装置对在所述光晶格阱中俘获的所述原子进行成像；激发和检测所述俘获的原子的能态之间的跃迁；和/或出于量子模拟和/或量子计算目的，利用所述原子之间的相互作用。[0046]有利地，本发明的光学谐振腔装置允许为两个良好重叠的光学光场模提供大的模直径。所述光学谐振腔装置适用于真空操作，具有极高的稳定性，在光晶格阱领域尚不存在。采用所述分隔体有助于调整光学谐振腔(单次调整，每个谐振腔初始调整)，并且在所述初始调整之后提供稳定性和耐久性。与传统技术(例如，参考文献[18])相反，谐振腔反射镜不是安装在反射镜固定架中，而是以二维平面方式直接固定到所述分隔体。本发明使用所述分隔体作为一个单独的反射镜架，而不需要承载所述第一光学谐振腔和所述第二光学谐振腔的所有反射镜的可移动部件。避免了由多个反射镜架引入的任何不稳定性。[0047]特别地，本发明解决了光晶格中超冷原子的量子计量和量子模拟所面临的挑战。这些挑战是通过在高反射率反射镜之间多次反射晶格激光束来解决的。因此，这种光学谐振腔增强了光晶格的强度，并允许使用大光束。光学频率标准和量子模拟器都大大受益于在多个维度内使用光晶格。为此，本发明提供了具有优选地正交的不同轴的两个此类光腔，使得所产生的驻波完全重叠。[0048]例如，在可见和/或近红外波长条件下构建两个重叠良好的大谐振腔光束对谐振腔反射镜支承结构的机械精度提出了极高要求。发明人已经证明，本发明克服了这一技术挑战。本发明使用完全无源设计的谐振腔组件，即谐振腔不含可相互移动的材料。优选地，所述谐振腔装置的所有组件是热稳定固体，特别是玻璃，它们以无粘合剂的方式光学粘合。超低膨胀玻璃确保光晶格的排列稳定，不受热影响。这种结构还使本发明具有抵抗强加速的弹性，并使其符合极高真空(xhv)要求。通过更改所述谐振腔反射镜的所述反射镜衬底上所述反射涂层的参数，特别是其介电层的材料和厚度，本发明可以适用于与高质量薄膜技术兼容的任何光学波长。这些特征解决了传统量子模拟方面的许多技术问题。然而，它们也使本发明特别适合于包含在任何可移动型光晶格钟中，特别是用于空间任务。[0049]根据本发明的一优选实施例，所述第一谐振腔反射镜以无粘合剂方式粘合到所述第一载体表面，所述第二谐振腔反射镜以无粘合剂的方式粘合到所述第二载体表面。有利地，以无粘合剂的方式最小化所述光学谐振腔装置的任何机械或热不稳定性。特别优选地，所述第一谐振腔反射镜和所述第二谐振腔反射镜分别以光学方式粘合到所述第一载体表面和所述第二载体表面。光学粘合在实现方式的简单过程方面具有优点。[0050]根据本发明的另一优选实施例，所述第一对谐振腔反射镜中的至少一个反射镜包括曲面反射镜(第一曲面反射镜)，所述第二对谐振腔镜中的至少一个反射镜包括曲面反射镜(第二曲面反射镜)。优选地，所述曲面反射镜是球面反射镜。提供所述曲面反射镜提供了支持谐振腔的所有厄米-高斯模式temij(通过厄米-高斯hermite-gauss函数描述的谐振腔模式)的设计。为了构建光晶格阱，使用最低阶厄米-高斯模tem00，即所述第一谐振腔反射镜和所述第二谐振腔反射镜支承高斯谐振腔激光束。优选地，所述第一光学谐振腔和所述第二光学谐振腔被设计成使得所述第一谐振腔模和所述第二谐振腔模在中心部分彼此相交，其中这两个模具有相等或足够的直径。[0051]根据本发明的一特别优选实施例，所述第一曲面反射镜和所述第二曲面反射镜具有选定的曲率半径，所述选定的曲率半径使得所述光晶格阱在所述主谐振腔平面中具有2*w0的尺寸，所述尺寸至少为300μm，特别是至少为400μm，其中，w0是所述第一谐振腔模和所述第二谐振腔模的1/e2腰半径。[0052]有利地，本发明可以在所需波长条件下提供例如约400的腰。实现本发明使系统大小提高了16倍。与仅使用典型平均值相比，使用16倍以上的原子直接提高了例如使用本发明的频率标准的信噪比，提高幅度为4倍。利用量子计量技术[22]可以将信噪比提高16倍。本发明可以直接用于提高均匀性，从而同样将相同位点的数量提高16倍。这一因素则直接提高了任何最先进的玻色原子或费米原子的量子模拟的保真度，因为这使得粒子更加相同。[0053]如果每个谐振腔是所述曲面反射镜和所述平面反射镜中的一个的组合，即如果所述第一谐振腔反射镜包括所述第一曲面反射镜和第一平面反射镜，所述第二谐振腔反射镜包括所述第二曲面反射镜和第二平面反射镜，则在叠加所述谐振腔模和构建所述光晶格阱方面获得优势。[0054]优选地，超低膨胀材料具有热膨胀特性，如超低膨胀玻璃(商品名)。特别优选地，所述单片式分隔体由一片超低膨胀玻璃制成。替代地，所述单片式分隔体可以由不具有热膨胀或具有可以忽略不计的热膨胀特性的其它玻璃材料制成，如超低膨胀玻璃。作为另一替代方案，所述分隔体可以由晶体硅制成。由于后一实施例需要硅反射镜衬底，因此在反射镜与分隔体之间不存在差分热膨胀特性，并且硅对于可见光是不透明的，但是对于电信波长(例如，1550nm)是透明的，该实施例适于红外波长范围的应用。此外，晶体硅空间实施例在100k下操作，其中获得硅热膨胀的零交叉。[0055]根据本发明的另一优选实施例，如果所述第一分隔体孔和所述第二分隔体孔在所述主谐振腔平面中彼此正交，则在所述光晶格阱的局部场极值的均匀分布方面获得优势。否则，如果所述第一分隔体孔和所述第二分隔体孔彼此不正交，则如果所述光学谐振腔装置的特定应用需要，可以创建所述光晶格阱的局部场极值的另一变形分布。[0056]特别优选地，所述第一分隔体孔和所述第二分隔体孔相对于垂直于所述主谐振腔平面定向的法向平面以镜面对称的方式设置在所述分隔体中。有利地，所述分隔体的稳定性随着所述分隔体孔的对称性而增加。此外，所述分隔体的可能机械振动也相对于所述法向平面对称，使得最小化所述机械振动对构建所述光晶格阱产生的影响。[0057]根据本发明的另一有利实施例，所述单片式分隔体具有第三分隔体孔，所述第三分隔体孔垂直于所述主谐振腔平面延伸并且在所述第一分隔体孔和所述第二分隔体孔的交点处与这两个分隔体孔交叉。有利地，所述第三分隔体孔实现了双重功能。首先，便于抽空所述分隔体的内部空间。可以加速抽空和/或可以避免不均匀抽空。其次，所述第三分隔体孔提供了附加的光学通道，以访问所述光晶格阱。因此，根据本发明的一特别优选实施例，所述光学谐振腔装置还包括成像装置，例如光学显微镜，被设置用于沿所述第三分隔体孔对所述光晶格阱进行成像。优选地，所述第三分隔体孔具有大于所述第一分隔体孔和所述第二分隔体孔的直径的直径，特别是允许使所述成像装置光学器件的前透镜位置恰好邻近所述光晶格阱的直径。有利地，这允许以大数值孔径和高分辨率对所述光晶格阱进行光学监视和/或光谱研究。[0058]附加地或替代地，所述第三分隔体孔可以被设置用于容置第三光路，所述第三光路的方向偏离所述主谐振腔平面；后向反射镜被设置用于沿所述第三光路产生俘获光场。在这种情况下，优选地，所述第三分隔体孔与整个所述分隔体相交，使得可以从与所述成像装置相对的一侧引入用于限制垂直于所述主谐振腔平面的所述光晶格阱的所述激光。所述后向反射镜可以由所述成像装置光学器件的前透镜的一部分提供。[0059]如果所述单片式分隔体具有至少一个其它分隔体孔，所述至少一个其它分隔体孔平行于所述主谐振腔平面延伸并且在所述第一分隔体孔和所述第二分隔体孔的交点处与这两个分隔体孔交叉，则在将附加的测量光束耦合到所述光晶格阱(例如，用于询问所俘获的原子或它们的相互作用)方面获得进一步的优势。根据一特别优选示例，所述单片式分隔体具有两个其它分隔体孔，所述两个其它分隔体孔相对于所述第一分隔体孔和所述第二分隔体孔的所述设置对称设置。此外，利用所述两个其它分隔体孔的对称性，获得所述分隔体的机械性能的优势。[0060]本发明的另一特别优势源于这样一个事实，即对于所述光学谐振腔装置的所述分隔体的外形没有特别的限制。可以根据所述光学谐振腔装置的特定应用条件来选择所述分隔体的外形，例如长方体分隔件形状、多边形分隔件形状或圆柱形分隔件形状，即平行于所述主谐振腔平面的分隔体板的占地区域可以具有例如圆形、椭圆形、矩形或多边形或其它形状。[0061]根据本发明的一特别优选实施例，所述单片式分隔体具有平行于所述主谐振腔平面延伸的八边形的形状，其中，所述第一载体表面和所述第二载体表面是所述八边形的横向侧表面。所述八边形在提供多个分隔体孔、孔对称性和可能的身体振动对称性方面具有特别优势。[0062]根据本发明的另一优选变型，所述第一谐振腔反射镜和所述第二谐振腔反射镜具有介电涂层，所述介电涂层提供至少99％的反射率。该限制允许激光束高效耦合到所述交叉腔中，并且同时以至少300的精细度和至少100的增强来谐振增强激光束。特别优选地，所述介电涂层被设计成对于所述第一光学谐振腔和所述第二光学谐振腔的多个谐振波长提供所述至少99％的反射率。[0063]优选地，以下列间隔中的至少一个来选择所述光学谐振腔装置的几何尺寸。优选地，所述分隔体沿所述主谐振腔平面的尺寸(例如，直径(长度))范围介于3cm到20cm之间。附加地或替代地，所述第一谐振腔反射镜和所述第二谐振腔反射镜的直径范围可以介于10mm到30mm之间。根据所述第一光学谐振腔和所述第二光学谐振腔的所述交点处的大的模直径以及抛光曲面谐振腔反射镜的能力，该直径范围是优选的。附加地或替代地，所述第一对谐振腔反射镜和所述第二对谐振腔反射镜中的每一个包括曲率半径范围介于1m到20m之间的曲面反射镜。附加地或替代地，所述第一对谐振腔反射镜和所述第二对谐振腔反射镜以对准方式设置，使得所述第一光学谐振腔和所述第二光学谐振腔内的反射激光束偏离所述孔中心，偏离幅度小于所述孔的直径的25％。附加地或替代地，交叉谐振腔内的激光束偏离中心谐振腔轴不超过1mm。[0064]根据本发明的第三总体方面，上述目的是通过一种原子俘获装置来解决的，所述原子俘获装置适于构建原子的二维排列并且包括根据本发明上述第一总体方面所述的光学谐振腔装置。所述原子俘获装置还包括：激光器装置，适于将连续波激光束耦合到第一光学谐振腔和第二光学谐振腔中；原子源和供应装置，与所述光学谐振腔装置连接，适于产生原子云并且例如通过光阱和/或磁阱将所述原子引入所述光学谐振腔装置；成像装置，适于对所述光学谐振腔装置中的光阱晶格进行成像。[0065]根据本发明的第一主要应用，所述原子俘获装置是光学原子钟。利用该实施例，所述成像装置被设置用于探测所述俘获的原子(例如，sr原子)中的光学跃迁。根据本发明的另一主要应用，所述原子俘获装置被配置为量子模拟或量子计算装置。附图说明[0066]下面参照附图描述本发明的更多细节和优点，附图示意性地示出了：[0067]图1：本发明提供的光学谐振腔装置的第一实施例；[0068]图2：本发明提供的光学谐振腔装置的实施例的其它特征；[0069]图3和图4：光学谐振腔装置中的模调整的图示；[0070]图5：本发明提供的原子俘获装置的实施例的特征；[0071]图6：本发明提供的用于制造光学谐振腔设备的装置的实施例；[0072]图7：在组装光学谐振腔装置之后的重叠测量的示例。具体实施方式[0073]下面参考光学谐振腔装置的配置和原子俘获装置的结构来描述本发明优选实施例的特征。由于本发明的应用细节，例如操作光学原子钟或量子模拟器的细节是按照现有技术本身已知的方式实现的，因此下面不会进行描述。本发明的实现方式不限于所示的实施例，例如关于分隔体的八边形形状和/或尺寸以及反射镜的特征，但是相应地可以利用本发明权利要求书覆盖的修改特征。[0074]光学谐振腔装置的交叉腔设计[0075]图1和图2示出了本发明的光学谐振腔装置100的实施例的侧视图(图1)和多个透视图(图2a至图2e)，所述光学谐振腔装置100包括第一交叉光学谐振腔10和第二交叉光学谐振腔20以及分隔体30。图2a示出了具有附接谐振腔反射镜的分隔体30的俯视图，图2b至图2d示出了分隔体30(不具有反射镜)的例示性侧视图。[0076]第一光学谐振腔10和第二光学谐振腔20的一个或多个“交叉腔”由超低膨胀玻璃八边形分隔体30、两个曲面反射镜11a、21a和两个平面反射镜11b、21b提供。谐振腔反射镜11a、11b、21a、21b固定到由八边形分隔体30的八个侧表面中的四个提供的第一载体表面31和第二载体表面32。[0077]八边形分隔体的材料特性有利地确定了交叉空腔谐振腔设计的稳定性和鲁棒性。根据一优选实施例，分隔体材料是corning7972超低膨胀(ule)玻璃(商品名)，但是也可以使用来自其他制造商的玻璃，只要此类玻璃具有类似小热膨胀特性即可。在范围介于5℃到35℃之间的操作温度条件下，将ule玻璃的热膨胀系数(cte)指定为(0±30)ppb/k。即使在范围介于-100℃到+160℃之间的较大可能的操作温度条件下，cte仍保持低于1ppm/k的水平。cte可确定八边形分隔体30的长度稳定性，从而确定所产生的光腔的频率稳定性。此外，温度不均匀性会在分隔体中引起应力，产生有效角度，并因此影响模重叠。除真空兼容性之外，这是本发明依赖于以无粘合剂的方式接触反射镜的另一个原因。任何粘合剂都具有比ule玻璃差得多的热膨胀性能，这会使模重叠对温度波动非常敏感。[0078]图1示意性地示出了可用于将光学谐振腔装置100安装在真空室60内的安装结构(夹具)50的示例。安装结构50包括四个螺钉51，用于将夹板53连接到真空室60的壁61。不锈钢球52被设置成在分隔体30上的四个不同点处对称地在分隔体30与安装结构50之间传递作用力。分隔体30与壁61内的真空检查孔62对准。真空检查孔62由玻璃制成，而壁61由钢制成。[0079]第一谐振腔光路12延伸穿过第一载体表面31之间的分隔体30中的第一分隔体孔33，第二谐振腔光路22延伸穿过第二载体表面32之间的第二分隔体孔34。第一谐振腔光路12和第二谐振腔光路22限定主谐振腔平面(x-y平面)，并且它们在形成光晶格阱1(图2)的分隔体30的对称中心处彼此交叉。具有第三谐振腔光路36的第三分隔体孔35垂直于主谐振腔平面(x-y)延伸并且在第一分隔体孔33和第二分隔体孔34的交点处与这两个分隔体孔交叉。分隔体30具有两个其它分隔体孔37，所述其它分隔体孔37平行于主谐振腔平面(x-y)延伸并且在第一分隔体孔33和第二分隔体孔34的交点处与这两个分隔体孔正交。[0080]如图3所示，曲面反射镜(11a、21a)和平面反射镜(11b、21b)的每个组合形成具有厄米-高斯模的光学谐振腔。反射镜11a、11b、21a、21b附接到分隔体30，使得每个轴的最低阶厄米-高斯模(tem00模)在八边形的中心第三分隔体孔35中彼此交叉。[0081]每个谐振腔反射镜11a、11b、21a、21b包括例如直径为12.7mm的熔融石英反射镜衬底和反射镜镀层，它们分别涂覆到面向第一光学谐振腔10和第二光学谐振腔20的前反射镜表面上。为了将反射镜11a、11b、21a、21b附接到第一载体表面31和第二载体表面32，所有反射镜衬底均具有围绕反射镜镀层的未涂覆环面。该环面是干涉测量平坦的环表面，其允许以无粘合剂的方式将反射镜附接到分隔体30。相反，通过一种称为光学接触的过程，利用范德华力将反射镜粘合到分隔体30上。可以通过现有的抛光(polish)和沉积(deposition)技术制造适当形状的反射镜前表面，包括未涂覆环面和反射镜镀层，并用光学干涉仪(例如，zygopti250)进行测试。[0082]曲面反射镜11a、21a的曲面具有约10m的极大曲率半径r。此类大半径是优选的，因为腔的tem00模的1/e2直径2w0按照以下等式确定[0083][0084]其中，是耦合到光学谐振腔中的激光的波长，l＝50mm是光学谐振腔的腔长。对于锶光晶格钟中使用的代表性的近红外波长λ＝813nm，等式(1)预测了在850μm的孔33、34的交叉区的模直径。此类的大的模直径是通过曲率半径为10m的反射镜来实现的。将环面抛光成半径为12.7mm的反射镜衬底在技术上具有挑战性。造成这种困难的原因可以通过计算曲面的中心曲面区域的深度来理解。假设曲面区域的直径为d，则球形区域的深度d可以按照以下等式计算[0085][0086]对于直径为12.7mm的反射镜衬底和宽度为2mm的接触环面，等式(2)导致深度小于1微米。在将环面抛光成曲面衬底时，可以通过极其小心地获得此类小深度，同时避免在该过程中降低曲面质量。相比之下，用于有代表性的激光参考腔的曲率半径为50cm的有代表性的1英寸衬底可被展平约160μm，以获得均匀较大的球形区域和较大环面。对于本发明的几何形状，将r减小到50cm将导致波长为689nm的模直径为360μm。如果在本发明的特定应用中可以容忍光晶格均匀性降低，则该模直径减小超过2倍是可以接受的。[0087]优选地，大曲率半径导致八边形分隔体30的制造精度要求严格，以确保两个tem00模很好地重叠。对于曲率半径超过一米的情况，每个模在反射镜之间具有小于几角秒的相对角度，从而可以在反射镜的中心产生模，而不会被分隔件中的直径为4mm的孔夹住。如图3所示，模转移量(modeshift)按照以下等式计算[0088]δh＝rsinβꢀꢀ(3)[0089]从等式(3)可以看出，模转移量由反射镜表面之间的相对角β和曲率半径r给出。这种关系与分隔体30沿光学谐振腔的长度无关。由于采用了例如高达10.2m的大r，并且为了最小化剩余模转移量，因此在具有4mm孔33、34的分隔体30的相对平面上，指定的相对角度优选地被限制为1角秒。[0090]此外，上部参考表面38(参见图2)和分配给反射镜的表面对31、32之间的夹角被指定为小于30角秒，以在八边形分隔件光学接触表面时向表面提供正交模。这种正交性约束按照以下等式确定[0091]δh＝l/2tanγꢀꢀ(4)[0092]其中υ将反射镜表面与上部参考表面38之间的完全正交性的偏差参数化。根据本说明书，所产生的模转移量可以被限制在4μm以下。[0093]分隔体30设计的另一个优选特征是孔33、34、35、37的对称性和尺寸。较大的孔会降低机械稳定性，并因此降低材料的抗变形，从而降低分隔体30的振动本征频率。根据本实施例，选择孔尺寸使得在光晶格中俘获原子时形成的量子系统中获得振动频率高于典型能量尺度的最低振动本征模，例如20khz。这是优选的，因为分隔体30以对应于这些能量尺度的频率振动会引起高强度加热，从而导致保真度的损失[19、20]。基于数值模拟，通过改变孔尺寸或分隔件厚度，分隔件设计可以适应其它振动频率要求。[0094]选择分隔体30在z方向(垂直于主谐振腔平面)的厚度和中心孔直径的优选特征，使得成像装置40(参见图1)的高分辨率成像光学器件可以接近孔33、34交点处的最终光晶格阱。任何成像系统的分辨率都与其数值孔径成正比。数值孔径受分隔体厚度和第三分隔体孔35的直径的限制。另一方面，分隔件至少足够厚以允许将反射镜衬底接触到其侧面的第一载体表面31和第二载体表面32。此外，根据相同的数值孔径考虑因素，给出分隔体30中心外的真空抽气速度。出于这些原因，优选地，将分隔体厚度和中心孔35直径确定为上述所有考虑因素之间的折衷。[0095]按照等式(3)给出的角度公差(angulartolerance)也转化为对曲面反射镜11b、21b的衬底公差的约束。曲面区域和环形区域之间的失配角(mismatchangle)导致与等式(3)相同的模转移量。图4直观地示出了此类“楔形”误差是如何通过不完美的抛光产生的。当反射镜与分隔件表面(第一载体表面31和第二载体表面32)平行时或光学接触时，曲面最深处确定模的位置。因此，楔形误差优选地限制在与分隔件表面平行度相同的角度公差内。[0096]此外，还优选地在抛光完成之后将反射涂层涂覆到曲面反射镜衬底上。在涂覆过程中，环形区域被遮蔽，使得没有涂层材料涂覆到环面上。这种测量的主要原因是发明人已经发现涂覆表面与分隔件之间的粘合强度明显低于未涂覆表面。抛光后涂覆反射镜镀层还有两个进一步的优点：首先，它可以防止在抛光过程中划伤反射涂层。其次，在没有反射镜镀层的情况下，球形区域可以重新抛光，以保持环面与曲率半径的比例。[0097]原子俘获装置的实施例[0098]下面参考图5描述原子俘获装置200的实施例。图5示意性地示出了在量子模拟中作为可移动型光晶格钟或晶格光学的应用。通常，原子俘获装置200包括：本发明提供的光学谐振腔装置100；激光器装置，具有两个激光源210、220，被设置并适于将连续波激光束耦合到光学谐振腔装置100的第一光学谐振腔和第二光学谐振腔中；原子源和供应装置230，与光学谐振腔装置100连接；成像装置240，适于对光学谐振腔装置100中的光阱晶格进行成像；询问激光器250。如果其调节足够，则可以使用单个激光源来代替两个激光源210、220。此外，提供了控制和测量装置260，被设置用于：控制组件210、220、230、240；和/或收集和分析测量数据。优选地，控制和测量装置260包括计算机单元。可以提供其它激光器装置，用于操纵和/或感测光学谐振腔装置100中的光阱晶格中的原子。[0099]如上所述，本发明光学谐振腔装置100的交叉腔设计特别适用于在可移动型光晶格钟中实现。由于本发明采用单片式材料，例如高度稳定的玻璃，因此腔模重叠将在无限时间内稳定。腔本身以及重叠部分不会受到冲击、振动或任何不会损坏玻璃的短期机械影响。当以非对称的方式施加时，只有长期的机械应力才能改变重叠。这种效应可以通过适当的安装结构50(参见图1)来强烈地抑制，这对于任何激光器参考腔都是如此。下面将描述如何安装交叉腔的详细示例。[0100]在卫星或空间站上，温度波动预计会比地球上的实验室更大。腔分隔件由例如具有非常小的热膨胀系数的超低膨胀(ule)玻璃制成。对于特定的温度，该系数甚至超过零，该效应在激光器参考腔中得到了利用。因此，即使温度梯度会改变反射镜的相对角度，也会导致模重叠中发生可以忽略不计的变化。[0101]谐振腔还起到构建腔的作用，以增强耦合到谐振腔中的功率。如上所述，这允许使用较大的光束直径，从而导致较大的系统尺寸。除较大系统尺寸之外，构建交叉腔还可降低产生足够深的晶格所需的功率。因此，本发明可以与低功率二极管激光器一起使用，而不是与高功率固态激光器一起使用，这是天基系统应用的优选特征。[0102]如上所述，在量子模拟和量子计量学领域，一维光晶格是由聚焦入射光束和后向反射器产生的。腔在设计上具有入射光束和后向反射光束的完美重叠。要获得三维晶格，必须重叠三个一维晶格。对于后向反射光束，这会导致多自由度，当处理大约100μm的1/e2光束半径时，多自由度是敏感的。即使利用后向反射晶格进行最新技术实验室实验，也会在一天内表现出漂移[20]。[0103]由于光学谐振腔100本身是稳定的并且不会改变，因此本发明仅使用输入光束到光学谐振腔的简单对准过程。将输入光束对准光学谐振腔装置100与最大化通过光学谐振腔装置100的高斯横向电模(tem00)模传输一样简单。该过程比排列自由空间光晶格要快得多，后者需要在每次排列试验中对捕获的原子进行完整的实验。[0104]激光束不一定是完美的高斯光束，特别是当它们由半导体激光器直接发射时。激光束在前往原子样本的途中经过的光学组件越多，其质量就会进一步降低，这主要是由于透镜像差或尘埃粒子的散射造成的。相反，本发明的交叉腔能够过滤和清洁原子位置上的模，其真空反射镜受到保护，不受污染。[0105]如上所述，晶格均匀性和光束直径的改善将因此导致量子模拟器和光晶格钟的保真度提高。[0106]原子俘获方法的实施例[0107]构建两个重叠良好、大直径、稳定的光晶格，如下所示。参照图1所示的适合作为超冷原子量子模拟器或光晶格钟的实施例。[0108]图1示出了该装置的示意图，包括以下尺寸，即约50mm的分隔件宽度a、约20mm的中心孔35的宽度b、约15mm的分隔体高度c以及约5mm的真空检查孔62的厚度d。交叉腔光学谐振腔装置100安装在压力低于10-11mbar的极高真空(xhv)真空室60的真空侧。该压力范围对于光学谐振腔装置100的功能不是必需的(其在实验室条件下工作良好)，但是优选地最大化在所构建的光晶格阱1中俘获的原子的寿命。在量子模拟和量子计量学中，达到远高于典型实验时间尺度(高达数十秒)的原子寿命被用于实现高保真。[0109]根据图1，交叉腔光谐振腔装置100被夹紧到真空检查孔62，例如厚度为5mm的真空检查孔。在该示例中，光学谐振腔装置100使用四个螺钉51夹紧到玻璃上。不锈钢球52在分隔体30上的四个不同点处对称地在分隔体30与安装结构50之间传递作用力。通过将夹紧压力均匀且对称地施加到分隔体30，模重叠保持不变，这可以在装配期间利用模重叠测量技术来验证。[0110]成像装置40(高分辨率显微镜)的高分辨率显微镜物镜41被尽可能地安装在光学谐振腔装置100的中心附近，以使用尽可能大的光学孔径。物镜41具有定制设计，其校正由于存在检查孔而产生的球面像差。[0111]然后，通过将激光耦合到交叉腔的两个谐振腔模中来产生成像装置40的物面中的光晶格。优选地，激光频率使用例如标准pound-drever-hall方法稳定到相应腔(光学谐振腔10、20)模。为了提高用成像装置40所采集光学图像的质量，可以在垂直方向上更紧密地限制原子。附加限制可以通过从底部通过分隔体30的第三分隔体孔35传播第三光晶格来实现。为了进一步改善成像系统40对交叉腔与成像光学器件之间的残余差分移动的不敏感性，垂直光束应该从显微镜物镜41的最终光学表面反向反射。这是通过用于真空检查孔61和显微镜物镜41的前透镜的定制光学涂层来获得的。[0112]通过两种方式之一(示意性地用图7中的230表示)将超冷原子传输到交叉腔的中心，从而将超冷原子加载到所产生的三维光晶格中。第一种选择是用另一个水平光学偶极阱将原子输送到腔内，该水平光学偶极阱是由非后向反射激光器产生的，例如通过其它分隔体孔37(参见图2)。通过四个5mm水平孔中的一个传输激光束，并将其焦点[21]从准备区域转移到交叉腔的中心，原子就可以被传输到形成光晶格的区域。第二种选择是在交叉腔下方构建磁光阱(mot)，然后通过更改阱磁场的零点将其向上转移。在任何一种情况下，光晶格的深度都需要缓慢增加，同时关闭传输阱以实现原子的最佳传输。当直接从mot转移时，为了降低原子温度，可以使用中间蒸发冷却步骤。如果使用可选的垂直晶格，则可以通过使用垂直磁场梯度来分离物面中的单层。这种梯度可以移除各个原子层，用谐振激光加热原子层，直到它们从光晶格中被弹射出来。[0113]一旦分离出单层，就可以在水平二维晶格中进行实验。对于量子模拟，附加的激光束和磁场可以用来控制原子在晶格中隧穿并相互作用时的演化。对于光学频率标准，可以通过增加水平晶格深度来防止原子隧穿，然后利用光谱激光器(例如，通过其它分隔体孔37)进行询问。优选地，在该过程期间和/或在该过程结束时，使用照相机拍摄原子的荧光图像。在光学频率标准中，分辨单个晶格位置可能不像量子模拟器那样重要，并且可以使用光电倍增管来检测空间集成的原子信号。即使在这种情况下，高光学分辨率仍然是有益的，因为它可最大化原子信号的信噪比。一旦进行了实验，就可以通过关闭光晶格来移除原子，然后就可以如上所述地制备新样本。[0114]本发明通过提供大中心孔35以及四个水平的5mm孔33、34、37来最大化可用于控制光束的光学通路。中心孔35直径为20mm，被确定为在机械稳定性(和高声学本征频率)与交叉腔中心对光学通道和真空抽气速度的需求之间的折衷。[0115]安装和组装光学谐振腔装置[0116]组装光学谐振腔装置100，并且通过采用如图6所示的安装装置300来检验模重叠的质量。采用安装装置300，在监控模重叠质量的同时，将反射镜以确定的方式附连到八边形分隔体30。[0117]优选地，在安装之前清洁分隔体和反射镜，以确保能够粘合这两个表面。虽然有特殊的再抛光剂可以促进两个平坦光滑的玻璃表面之间的光学接触，但最好不要使用此类再抛光剂，因为它们在xhv条件下的放气特性未知。为此，使用与半导体制造中使用的清洁程序类似的清洁程序。[0118]通过将分隔体悬浮在不锈钢丝上，在rca1清洗液烧杯中清洁分隔体，所述rca1清洗液由不稳定的过氧化氢(30％)、氢氧化铵(28-30％)和hplc级或半导体级水组成，混合比例为1:1:5。溶液在通风柜中在80℃条件下煮沸15分钟。然后用hplc级水将烧杯悬浮在超声浴中3分钟，除去残留氨。最后，将分隔体悬浮在另一个预加热的hplc级水烧杯中。在这个烧杯中，可以移动分隔体，而不会将其暴露在灰尘中。一旦准备好使用分隔件，就将其从烧杯中取出，并用粒子过滤的干氮气吹出残留水滴。[0119]清洁后，在单独构造的“清洁外壳”中按如下所述执行所述组装。在该外壳中，通过使用hepa过滤器确保层流空气流。[0120]在将反射镜附接到分隔体之前，也对它们进行清洁。为此，将每个反射镜放置在自旋镀层机上，所述自旋镀层机使反射镜以8000rpm的转速旋转。当反射镜旋转时，将hplc级异丙醇喷洒到反射镜上，同时用不起毛的棉签从中心向边缘擦拭。然后，在反射镜上喷洒hplc级水，以冲洗掉任何异丙醇残留物。当衬底停止旋转时，用干氮气吹掉残留水滴。然后将反射镜放入反射镜架中，开始接触过程，如下所述。[0121]为了组装光学谐振腔装置100，图6的安装装置300提供了接触台，其允许以精确控制的方式将反射镜附接到分隔体。安装装置300包括用于分隔体(图6中未示出)的支架310和保持要接触的反射镜的四轴平台320。[0122]将支架310附接到垂直平移工作台，该垂直平移工作台本身位于光轨上。该组合允许沿垂直方向以高精度远距离移动分隔体。通过向上移动分隔体，面向顶面的表面靠近将附接在其上的第一反射镜。[0123]反射镜本身被保持在圆柱形反射镜架中，该反射镜架仅围绕四周轻微夹紧反射镜，以防止反射镜变形。反射镜架附接到四轴平台320，该四轴平台320既允许水平移动反射镜，也允许相对于间隔体表面沿两个轴倾斜反射镜。一旦反射镜被带到其最终位置，使用ptfe尖端冲头将反射镜从架上松开，并将其推到分隔体上，在那里通过直接光学接触粘合在一起。[0124]在偏摆工作台(tip-tiltstage)320的顶部，建立了干涉仪和干涉仪成像系统，对反射镜前表面和分隔体顶面之间的干涉图进行成像。通过观察该干涉图，偏摆工作台320用于使反射镜的接触环平行于八边形表面。该对准过程模拟接触的反射镜的情况。[0125]根据干涉测量的更多细节，通过干涉测量来测试反射镜与分隔体的对准，特别是将反射镜对中至分隔体孔之一，并确保反射镜尽可能平行于分隔体载体表面。典型的干涉图在中心处有一个明亮的区域，这是由于干涉仪的光从反射镜镀层上直接反射而来的。该明亮的区域被一个小的暗环包围，该暗环代表分隔体孔上的斜面。斜面将干涉仪光反射出干涉仪成像系统的视场，形成暗环。作为第一对准步骤，通过将明亮区域对中在暗环上，将反射镜粗略地对中在孔上。[0126]干涉图的一个主要特征是其弯缘和直缘。弯缘是八边形分隔体载体表面与反射镜曲面区域干涉的结果。直缘是载体表面与反射镜接触环面干涉的结果。使这些缘消失，以确保环面平行于载体表面。对于633nm处的干涉仪光，实际上可以达到相当于四分之一缘的平行度。该平行度相当于1.4角秒的相对角度，当r＝10.2m时，将导致69μm的残留模转移。因此，对于最终的反射镜，重复接触过程几次，直到最终测量的重叠得到优化。[0127]两个平面反射镜通过将它们的中心对准分隔体中的孔33、34(参见图2)来光学接触到分隔体，这可以在如上所述的测量干涉图中看到。对于第一曲面反射镜，干涉测量确保其居中并平行于分隔体表面。在这种情况下，第一曲面反射镜与分隔体光学接触。随后，八边形分隔体在其支撑座310中旋转90°，并且在安装第二曲面反射镜之后再次对准干涉图。激光耦合到由曲面反射镜和朝向平面反射镜形成的腔中。扫描激光器频率，并通过两个光电探测器测量腔透射率。通过这种方法，可以确保光只耦合到两个腔的tem00模。[0128]为了对准第二曲面反射镜，使用安装在另一个三轴的平移工作台330上的狭缝(或刀刃)来确定第二腔的模相对于第一腔的模的位置。这是通过将狭缝移动到分隔体30的中心孔35中(参见图2)并用狭缝部分地阻挡tem00模来实现的。作为狭缝位置的函数，观察到与tem00模相关的透射峰的高度。通过最大化透射率，狭缝以模位置为中心，并且确保模式以零位移或最小位移彼此重叠。否则，第二曲面反射镜水平平移，同时确保它保持平行于八边形分隔体表面，直到模充分重叠。当模重叠时，使用上述方法光学接触第二曲面反射镜。[0129]更详细地，一旦第二曲面反射镜与八边形分隔件干涉对准，激光就会耦合到该曲面反射镜和已经附接的平面反射镜之间形成的腔中。所有这些测量都使用了689nm处的激光，从而根据等式(1)得到模直径2w0＝791μm。优选地，它以至少95％的效率耦合到tem00模，以获得用于以下步骤的可用透射率数据。在腔的多个自由光谱范围内扫描激光频率，在光电二极管上测量透射率，并在示波器上观察得到的电压轨迹。对于已经完成的第二腔也是如此。如前所述，通过将狭缝插入八边形分隔体30的中心孔35中来确定两个腔模的重叠。将狭缝加工成不锈钢薄板。该薄板具有两个正交狭缝，宽度为700μm，狭缝粗糙度为20μm。短狭缝用于确定两个模的投影交叉的面内位置。该位置由两个模同时最大投射的平移工作台位置确定。一旦找到该位置，就用长狭缝来确定两个光束的面外(out-of-plane)重叠。[0130]通过绘制两个腔模的透射率与平移工作台的面外位置的关系图，获得有代表性的结果，如图7所示。图7示出了使用狭缝执行有代表性的重叠测量的结果。当狭缝移动通过腔时，扫描激光频率。当狭缝以模为中心时，每个模的透射率最高。峰值可以用抛物线拟合，以确定模的位移。因此，确定腔模之间的残余的面外位移的简单方法是将抛物线拟合到每个峰值。在这种情况下，该过程会导致16(5)μm的残余位移或2％的模直径。[0131]由于分隔体的严格平行度要求，可以通过拍摄透射激光束出腔时的图像来证实模位移，这直接示出了模相对于反射镜和腔孔的位移。[0132]在单独的测量中，已经验证了由腔反射镜产生的腔的精细度(并因此验证了功率增强)。对于适用于特定实验的多波段反射涂层，已经发现可以实现高于所考虑的所有波长规格的精细度。对于所考虑的情况，功率放大系数为100-1000便已足够。通过调整涂层，本发明可以适用于可获得高质量光学涂层的任何波长。对于不太感兴趣的波长，可以容易地获得更高的放大系数。[0133]对于在不同实施例中实现本发明而言，上述说明书、附图和权利要求书中公开的本发明特征具有单独的、组合的或子组合的重要意义。当前第1页12当前第1页12