一种可同时实现不同种类离子清晰成像的装置

本技术专利涉及荧光成像，更具体的涉及一种可同时实现不同种类离子清晰成像的装置，应用于精密测量、激光物理、频标、量子信息等需要囚禁超冷原子并对其进行成像的领域。

背景技术：

1、近年来，随着冷原子技术和激光技术的快速发展，促使其在很多领域得到了广泛应用，尤其在原子或分子与激光相互作用的实验中，如光频标、量子信息等领域，均需要对囚禁的冷原子/冷离子进行量子态读出，面临的首要任务就是对原子/离子进行清晰的成像。对于单一种类原子/离子的成像，目前已具备成熟的技术方案，即原子/离子发出的荧光经非球面透镜组收集和成像后由电子倍增数码相机(emccd)进行成像或由光电倍增管(pmt)对光子进行读取，并借助窄带滤光片和机械小孔对杂散光场进行过滤，从而实现了冷原子操控中量子态的有效读出。然而，目前最为前言的研究逐渐聚焦在将离子深度冷却在原子的玻色爱因斯坦凝聚、原子和离子的相互作用、外场诱导下的不同种类原子之间的化学反应、不同离子之间的贝尔不等式的研究等，这些领域均涉及到对两种不同种类原子/离子的量子态进行操控，而对不同种类原子体系的清晰成像是目前面临的主要问题之一，主要归因于原子/离子成像选用的跃迁其波长不同，进而导致成像系统对原子/离子清晰成像面的位置不同。此外，不同种类原子体系的成像还面临着一种离子的成像对另一离子成像的影响，需要在技术上进行避免消除。在商业和实际应用视角，一体化设计的成像系统稳定性更高，结构更为集成、简洁，节约研发成本，更有利于实现系统的产业化和实际应用。

技术实现思路

1、为克服现有技术的不足之处，解决以上面临的主要问题，本实用新型提供一种可同时实现不同种类离子清晰成像的装置。

2、本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：

3、一种可同时实现不同种类离子清晰成像的装置，第一非球面透镜、第二非球面透镜和第一二向色镜依次设置，第二机械小孔板、第二窄带滤光片、第五非球面透镜和第六非球面透镜依次设置在第一二向色镜的反射光路上，第二折叠镜可调节至使得透射第六非球面透镜的荧光被第二折叠镜反射至第二数码相机，第二折叠镜还可调节至使得透射第六非球面透镜的荧光不被第二折叠镜遮挡而入射第二光电倍增管，第一机械小孔板、第一窄带滤光片、第三非球面透镜和第四非球面透镜依次设置在第一二向色镜的透射光路上，第一折叠镜可调节至使得透射第四非球面透镜的荧光被第一折叠镜反射到第一数码相机，第一折叠镜还可调节至使得透射第四非球面透镜的荧光不被第一折叠镜遮挡而入射第一光电倍增管。

4、如上所述第一非球面透镜和第二非球面透镜设置在第一铝套管中，第一二向色镜安装在第一立方体安装座内，记第一立方体安装座的周向四个侧面依次分别为第一侧面、第二侧面、第三侧面、以及第四侧面，第一铝套管的前端设置真空窗口，第一铝套管的后端通过内置螺纹旋接在第一立方体安装座的第一侧面上。

5、如上所述第二机械小孔板、第二窄带滤光片、第五非球面透镜和第六非球面透镜设置在第五铝套管中，第二折叠镜设置在第三立方体安装座中，第五铝套管的前端与第一立方体安装座的第二侧面连接，第五铝套管的后端与第三立方体安装座连接，第二数码相机通过第七铝套管与第三立方体安装座连接，第二光电倍增管通过第六铝套管与第三立方体安装座连接。

6、如上所述第二机械小孔板安装在第二平移调整架上，第二平移调整架安装在第五铝套管的前端内。

7、如上所述第一机械小孔板、第一窄带滤光片、第三非球面透镜和第四非球面透镜设置在第二铝套管中，第一折叠镜设置在第二立方体安装座中，第二铝套管的前端与第一立方体安装座的第三侧面连接，第二铝套管的后端与第二立方体安装座连接，第一数码相机通过第四铝套管与第二立方体安装座连接，第一光电倍增管通过第三铝套管与第二立方体安装座连接。

8、如上所述第一机械小孔板安装在第一平移调整架上，第一平移调整架安装在第二铝套管的前端内。

9、如上所述第五铝套管的前端通过第二橡胶波纹软管与第一立方体安装座的第二侧面连接，第二铝套管的前端通过第一橡胶波纹软管与第一立方体安装座的第三侧面连接，第一立方体安装座固定在第一三维位移台上，第二铝套管固定在第二三维位移台上，第五铝套管固定在第三三维位移台上。

10、本实用新型相对于现有技术，具有以下有益效果：

11、本实用新型突破了传统单个离子成像无法同时清晰成像多个离子的技术限制，实现了能同时清晰成像不同种类离子的成像，并解决了离子成像之间的互扰问题。荧光收集只需要一个真空窗口和一个一级主成像系统，大大降低了成像部分对实验物理系统上真空窗口的占有，并且本实用新型所有光学元件集成在一块小的光学面包板上，各个光学元件之间通过铝套管的螺纹和卡环相连接和固定，作为一个整体，稳定性能更好。整套装置简洁，大大节约了研发成本。相比于各自独立的成像装置，本实用新型的一体化的设计稳定性更高，在光钟的工程应用具有非常重要的意义，同时也可广泛用于精密测量、激光物理、频标、量子信息等需要不同种类离子成像和量子态读取的领域。

技术特征：

1.一种可同时实现不同种类离子清晰成像的装置，包括第一非球面透镜(l1)，其特征在于，第一非球面透镜(l1)、第二非球面透镜(l2)和第一二向色镜(dm)依次设置，第二机械小孔板(h2)、第二窄带滤光片(f2)、第五非球面透镜(l5)和第六非球面透镜(l6)依次设置在第一二向色镜(dm)的反射光路上，第二折叠镜(fm2)可调节至使得透射第六非球面透镜(l6)的荧光被第二折叠镜(fm2)反射至第二数码相机(ccd2)，第二折叠镜(fm2)还可调节至使得透射第六非球面透镜(l6)的荧光不被第二折叠镜(fm2)遮挡而入射第二光电倍增管(pmt2)，第一机械小孔板(h1)、第一窄带滤光片(f1)、第三非球面透镜(l3)和第四非球面透镜(l4)依次设置在第一二向色镜(dm)的透射光路上，第一折叠镜(fm1)可调节至使得透射第四非球面透镜(l4)的荧光被第一折叠镜(fm1)反射到第一数码相机(ccd1)，第一折叠镜(fm1)还可调节至使得透射第四非球面透镜(l4)的荧光不被第一折叠镜(fm1)遮挡而入射第一光电倍增管(pmt1)。

2.根据权利要求1所述一种可同时实现不同种类离子清晰成像的装置，其特征在于，所述第一非球面透镜(l1)和第二非球面透镜(l2)设置在第一铝套管(t1)中，第一二向色镜(dm)安装在第一立方体安装座(q1)内，记第一立方体安装座(q1)的周向四个侧面依次分别为第一侧面、第二侧面、第三侧面、以及第四侧面，第一铝套管(t1)的前端设置真空窗口(w)，第一铝套管(t1)的后端通过内置螺纹旋接在第一立方体安装座(q1)的第一侧面上。

3.根据权利要求2所述一种可同时实现不同种类离子清晰成像的装置，其特征在于，所述第二机械小孔板(h2)、第二窄带滤光片(f2)、第五非球面透镜(l5)和第六非球面透镜(l6)设置在第五铝套管(t5)中，第二折叠镜(fm2)设置在第三立方体安装座(q3)中，第五铝套管(t5)的前端与第一立方体安装座(q1)的第二侧面连接，第五铝套管(t5)的后端与第三立方体安装座(q3)连接，第二数码相机(ccd2)通过第七铝套管(t7)与第三立方体安装座(q3)连接，第二光电倍增管(pmt2)通过第六铝套管(t6)与第三立方体安装座(q3)连接。

4.根据权利要求3所述一种可同时实现不同种类离子清晰成像的装置，其特征在于，所述第二机械小孔板(h2)安装在第二平移调整架(c2)上，第二平移调整架(c2)安装在第五铝套管(t5)的前端内。

5.根据权利要求4所述一种可同时实现不同种类离子清晰成像的装置，其特征在于，所述第一机械小孔板(h1)、第一窄带滤光片(f1)、第三非球面透镜(l3)和第四非球面透镜(l4)设置在第二铝套管(t2)中，第一折叠镜(fm1)设置在第二立方体安装座(q2)中，第二铝套管(t2)的前端与第一立方体安装座(q1)的第三侧面连接，第二铝套管(t2)的后端与第二立方体安装座(q2)连接，第一数码相机(ccd1)通过第四铝套管(t4)与第二立方体安装座(q2)连接，第一光电倍增管(pmt1)通过第三铝套管(t3)与第二立方体安装座(q2)连接。

6.根据权利要求5所述一种可同时实现不同种类离子清晰成像的装置，其特征在于，所述第一机械小孔板(h1)安装在第一平移调整架(c1)上，第一平移调整架(c1)安装在第二铝套管(t2)的前端内。

7.根据权利要求6所述一种可同时实现不同种类离子清晰成像的装置，其特征在于，所述第五铝套管(t5)的前端通过第二橡胶波纹软管(s2)与第一立方体安装座(q1)的第二侧面连接，第二铝套管(t2)的前端通过第一橡胶波纹软管(s1)与第一立方体安装座(q1)的第三侧面连接，第一立方体安装座(q1)固定在第一三维位移台(y1)上，第二铝套管(t2)固定在第二三维位移台(y2)上，第五铝套管(t5)固定在第三三维位移台(y3)上。

技术总结
本技术公开了一种可同时实现不同种类离子清晰成像的装置，第一非球面透镜、第二非球面透镜和第一二向色镜依次设置，第二机械小孔板、第二窄带滤光片、第五非球面透镜和第六非球面透镜依次设置在第一二向色镜的反射光路上，调节第二折叠镜，荧光被反射至第二数码相机或者入射第二光电倍增管，第一机械小孔板、第一窄带滤光片、第三非球面透镜和第四非球面透镜依次设置在第一二向色镜的透射光路上，调节第一折叠镜，荧光被反射到第一数码相机或入射第一光电倍增管。本技术集成在光面包板上，且只需要一个用于成像的真空窗口和一级主成像系统，更为集成、简洁，节约研发成本。

技术研发人员：邵虎,乐虹伶,管桦,黄垚,高克林
受保护的技术使用者：中国科学院精密测量科学与技术创新研究院
技术研发日：20230407
技术公布日：2024/1/15