基于永磁铁环的塞曼减速器的制作方法

文档序号:13940764
基于永磁铁环的塞曼减速器的制作方法

本实用新型属于基于激光冷却原子的实验设备或装置技术领域,具体涉及到一种基于永磁铁环的塞曼减速器。



背景技术:

目前,基于激光冷却原子的实验研究现很多,尤其是在碱土金属的研究中。然而由于自然界碱土金属以固态的形式存在,因此我们得到碱土金属的方式是先高温加热固态的原子样品从而得到原子蒸汽,,原子蒸气从准直管内高速喷出,此时的原子速度高达500m/s,有时当温度高时速度可能更高。但是这样的原子样品由于速度太高,并不能为高精度的实验研究所用,因此大多数都采用激光对其减速,其中最为常用的方式就是利用塞曼减速器与一束远失谐的激光共同作用,以达到减速的目的.

塞曼减速器的目的是构造一个特定的梯度磁场让原子内部在特定的位置发生相应的塞曼分裂,这样的情况再与激光的失谐量与光强相匹配便能使原子发生减速作用,对于原子速度群来说,是符合麦克斯韦玻尔兹曼分布,这一分布是可以测量到的,这样在使用减速器后,我们可以测量到其原子速度分布会发生变化,在之后的仪器测试中会详细说明。

设计塞曼减速器其实就是要构造一个梯度的磁场,一般来说我们通常的做法是采用通电螺线管的方式绕制一根漆包线在一空心管道上组成塔状线圈,这一线圈通一个电流值,这样方便控制操作简单。螺线管的知识让我们知道对于轴心来说,匝数的多少直接影响中心磁场的强弱,如果要满足如图的磁场变化曲线,设计的塔状线圈中心必定是中心线圈少,两边线圈多这样两边就构成了形如塔状的线圈模型.但是这样的绕制满足我们需要的磁场,电流约10A,线圈电阻约为为1Ω,功耗算下来约为100W左右,这样的功耗造成的发热很大,对实验造成一定影响.因此这样的设计可以满足实验的需求,但是对于实验的影响也是不可忽略的,尤其是在精密实验的测量中,影响尤为严重。本实用新型通过使用永磁铁环产生同样的磁场梯度,既节省了能源减少了热量的产生又达到了实验需求,是一种切实可行的替代设计方案。

另外和本发明最相近的发明是英国国家物理实验室(NPL)设计的纵向磁场梯度分布的塞曼减速器,该减速器由四列永磁体组成,每列磁体的排布规律如下:每列磁体又分为产生正向磁场与产生反向磁场的两部分,这两部分之间保持一定的间距。其中,每部分的磁体间距相同,两磁体距原子束的距离可以调节,用以产生特定的磁场。整个减速器长度为24cm,装置横向的宽度为24cm。但是该永磁体塞曼减速器用的是柱状永磁体,我们的设计是环状永磁体,这是在磁场的构建上有根本的区别。



技术实现要素:

本实用新型所要解决的技术问题在于克服上述塞曼减速器的不足,提供一种设计合理、结构简单、更能满足实验需求、减速效果明显的基于永磁铁环的塞曼减速器。

解决上述技术问题采用的技术方案是:包括基体,所述的基体一端加工有挡板,所述的基体上紧贴挡板一端依次紧贴设置有至少两组磁场单元,所述的磁场单元包括紧贴挡板设置的第一卡环,所述的第一卡环的一侧设置有磁铁环,所述的磁铁环的一侧设置有第二卡环,所述的第二卡环的一侧设置有垫环。

本实用新型的基体上紧贴挡板一端依次紧贴设置有20组磁场单元。

本实用新型的基体上加工有外螺纹,所述的垫环内加工有与基体上的外螺纹相匹配的内螺纹。

本实用新型的磁铁环采用钕铁硼N52制作。

由于本实用新型采用了在垫环内加工有与基体上的外螺纹相匹配的内螺纹,本实用新型的结构避免了在磁铁环上加工螺纹,防止磁铁环在加工螺纹的过程中出现磁性的变化,磁铁环的内径大于基体上的外螺纹的直径,磁铁环可以轻松套进基体,同时避免了磁铁环大幅晃动,本实用新型设计合理、结构简单、更能满足实验需求、减速效果明显,可推广应用到基于激光冷却原子的实验设备或装置技术领域。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的结构示意图。

图2是图1的局部放大图。

图3是一次测量得到的磁场与理论磁场的对比图。

图4是多次测量得到的磁场与理论磁场的对比图。

图5是磁场偏差图。

图6是本实用新型测量的光路图。

图7是塞曼减速器减速效果对比图。

图中:1、挡板;2、磁场单元;3、基体;2-1、第一卡环;2-2、磁铁环;2-3、第二卡环;2-4、垫环。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细说明,但本实用新型不限于这些实施例。

实施例1

在图1、2中,本实用新型种基于永磁铁环的塞曼减速器,包括基体3,基体3一端加工有挡板1,基体3上紧贴挡板1一端依次紧贴安装有两组磁场单元2,进一步地,为了使磁场单元2相对基体3不滑动,本实施例的基体3上加工有外螺纹,本实施例的磁场单元2包括紧贴挡板安装的第一卡环2-1,第一卡环2-1的一侧安装有磁铁环2-2,磁铁环2-2的一侧安装有第二卡环2-3,第二卡环2-3的一侧安装有垫环2-4,进一步地,为了使磁场单元2更好的固定在基体3上,垫环2-4内加工有与基体3上的外螺纹相匹配的内螺纹,本实用新型的磁铁环2-2采用钕铁硼N52制作,采用本实用新型的结构避免了在磁铁环2-2上加工螺纹,防止磁铁环2-2在加工螺纹的过程中出现磁性的变化,磁铁环2-2的内径大于基体3上的外螺纹的直径,磁铁环2-2可以轻松套进基体3,同时避免了磁铁环2-2大幅晃动。

使用本实用新型时,将第一磁场单元2安装在基体3上,也就是将第一卡环2-1旋入基体3上使其卡紧挡板1,将磁铁环2-2旋入基体3上使其卡紧第一卡环2-1,将第二卡环2-3旋入基体3上使其卡紧磁铁环2-2,最后旋入垫环2-4,由于垫环2-4上加工有内螺纹,旋入过程中与基体3上的外螺纹相匹配,将磁铁环2-2紧固在基体3上,防止磁铁环2-2晃动,剩余的各磁场单元2的安装方式与第一磁场单元2的安装方式完全相同,根据实验需求,具体设计各磁场单元2之间的距离和位置。

实施例2

本实施例中,实施例1的基体3上紧贴挡板1一端依次紧贴安装有20组磁场单元2,其余各零部件以及零部件的连接关系与实施例1完全相同。

实施例3

本实施例中,实施例1的基体3上紧贴挡板1一端依次紧贴安装有40组磁场单元2,其余各零部件以及零部件的连接关系与实施例1完全相同。

采用本实用新型进行测试的结果如下:

我们对最终设计完成的塞曼加速器进行了测试,首先是对于塞曼减速器磁场的测量,我们使用磁强计在中心空管轴向进行步进5mm的测量。图3是我们将第一测量得到的磁场与理论磁场的对比,带箭头的线是实测数据,另一条是理论数据曲线,可以从图中可以看出在箭头标注的地方与理论数据相差较大,这种情况下就需要对对应位置的磁铁环进行位置的调整,首先调整之前先确认该磁铁环的位置,然后先松动相应的垫环,依次松动一侧的卡环,这样的话该磁铁环就可以移动了。左右移动之后再按照之前的固定方式将磁铁环再次固定,通过磁强计的测量进行比较,找出下次调整的位置,直至测量数据曲线和理论磁场的曲线贴近为止,图4是我们经过多次调整之后的测量结果,从图4可以看出实测数据与理论数据在所用区段已经相当接近,从图5的磁场的偏差来看,磁场总体偏差不超过10Gs,对于实验基本无影响。

采用本实用新型的结构结合图6的光路图对减速前后的原子团速度分布进行测量,图7表示减速效果的荧光强度的大小,我们知道原子数目多少和荧光强度的大小成正比,并且现在横轴是速度,图7了在不同速度的原子数目多少的分布。可以从实验结果中明显的看出,原子团速度分布发生了明显的变化未减速前的原子速度分布在400-600m/s减速后原子高速部分并未改变,但在100-300m/s的原子数目变多,这样在低速部分有相当大的分布,满足了我们的实验需求,为我们之后的实验奠定了基础。

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