[0001] 本发明属于光学仪表技术领域，具体涉及一种永磁体塞曼减速器。

[0002] 塞曼减速器是一种高效的原子束减速装置，对于磁场的要求较高。

[0003] 目前最接近本发明的装置为英国国家物理实验室（NPL）设计的纵向磁场分布的塞曼减速器。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，而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。

[0004] 该减速器的体积与目前的传统塞曼减速器相比基本相同，其中的磁体只在一维方向可调，在装置末端需要额外的一层软铁用于屏蔽减速器产生磁场对减速后的原子团的影响。

[0005] 本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种永磁体塞曼减速器，该塞曼减速器通过设置滑杆以及条形槽孔，从而实现永磁体在轴向和径向上的两维可调。

[0006] 本发明目的实现由以下技术方案完成：一种永磁体塞曼减速器，其特征在于所述塞曼减速器包括一供原子束通过的中心圆筒、支撑固定所述中心圆筒的外支架以及活动设置于所述中心圆筒上并沿其轴向间隔分布的若干内框架，所述内框架由四根支杆交叉构成“X”型，各所述支杆上分别设置有位置可调的永磁体，所述外支架包括位于所述中心圆筒两端的支座以及连接两所述支座的至少两根滑杆，其中，两根所述滑杆分别水平贯穿所述内框架的任意两个边角。

[0007] 所述外支架包括四根连接两所述支座的滑杆，各所述滑杆分别水平贯穿所述内框架的四个边角。

[0008] 所述支座中心具有供所述中心圆筒端部固定的孔洞，所述支座的四个边角上分别具有供所述滑杆端部固定的孔洞。

[0009] 所述支座由四根支杆交叉构成“X”型。

[0010] 所述内框架中心具有供所述中心圆筒贯穿的通孔，所述内框架的四个边角上分别具有供所述滑杆贯穿的通孔。

[0011] 所述内框架的所述支杆上具有沿所述中心圆筒径向布设的条形槽孔，所述永磁体经螺栓固定于所述条形槽孔上。

[0012] 所述永磁体为圆柱形永磁体。

[0013] 本发明的优点是，相较于传统塞曼减速器，体积小巧且重量轻，无需额外的磁屏蔽装置，安装方便，每对磁体在轴向和径向位置可调，在实验条件发生变化时可以对永磁体的位置进行两维调节，实现减速效率的最大化。附图说明

[0014] 图1为本发明中的永磁体塞曼减速器结构示意图；图2为本发明中的支座结构示意图；
图3为本发明中的中心圆筒结构示意图；
图4为本发明中的内框架结构示意图；
图5为本发明中的滑杆结构示意图；
图6为本发明实施例中特定排布的四列磁体在减速器内部所需产生磁场的分布示意图；
图7为本发明实施例中磁体排布好之后中心位置磁场设计的理想磁场分布示意图。

[0015] 以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：如图1-7，图中标记1-15分别为：支座1、滑杆2、内框架3、中心圆筒4、螺孔5、永磁体6、孔洞7、条形槽孔8、孔洞9、支杆10、通孔11、条形槽孔12、支杆13、通孔14、外螺纹15。

[0016] 实施例：如图1-5所示，本实施例具体涉及一种永磁体塞曼减速器，该塞曼减速器可用于锶、镱等原子的减速，主要由一供原子束通过的中心圆筒4、支撑固定中心圆筒4的外支架以及活动设置于中心圆筒4上并沿其轴向间隔分布的若干内框架3所组成，其中：中心圆筒4用于供原子束通过，其具体为一容置有真空管道的中空结构，其两端部安装固定在支座1的中心孔洞9内；
外支架用于支撑固定中心圆筒4以及向内框架3提供滑动轨道，由两支座1以及连接两者的四根滑杆2组成；支座1呈“X”型构造，具体是由四根交叉设置的无磁不锈钢支杆10所组成的，在支座1的四个边角（即各支杆10的外端部）上分别开设有供滑杆2安装固定的孔洞7，两支座1上相对应的四个边角孔洞7之间通过四根滑杆2连接构成呈一体结构的外支架，即滑杆2的端部在贯穿孔洞7之后经螺母同其外螺纹15构成螺栓连接；在支座1的中心位置处（即四根支杆10的交叉点）开设有供中心圆筒4安装固定的孔洞9，中心圆筒4的两端部分别固定安装于支座1的中心孔洞9内；
内框架3用于固定永磁体6作轴向和径向上的两维调节；内框架3由四根合金铝支杆13交叉于中心通孔14位置上从而构成“X”型，各内框架3通过中心通孔14依次套装于中心圆筒
4上并沿轴向间隔分布排列；内框架3的四个边角上均开设有通孔11，滑杆2在连接两支座1的同时依次贯穿内框架3的边角通孔11以作为其滑轨使用，各内框架3在滑杆2的限位导向之下可沿中心圆筒4的轴向进行位置调节，并通过在螺孔5内旋入螺母能够将内框架3锁紧在滑杆2上；此外，在内框架3的各支杆13上开设有条形槽孔12，条形槽孔12沿支杆13的长度方向布置，也即径向，从而使固定于其上的圆柱形永磁体6能够沿中心圆筒4的轴向进行位置调节，永磁体6具体通过粘合剂将有机玻璃材料的螺丝固定在其中心部位，之后采用相应规格的螺母将其固定在条形槽孔12内，当需要径向调节永磁体6的位置时，只需旋松螺母即可。

[0017] 如图1-5所示，本实施例中塞曼减速器的安装方法包括如下步骤：（1）对减速器需要产生的磁场进行理论计算，该磁场分布与用于对原子减速的激光的光强、失谐量以及产生原子束的原子炉的温度等相关；
（2）使用特定排列的圆柱形永磁体来产生所需的磁场分布，该磁场分布可满足原子在减速器中与激光保持共振；对于每个永磁体到中心原子束的距离为Ri，永磁体距离前一个永磁体的距离为Di，该距离可定义为Di=ρ*Ri，式中，ρ为消除产生磁场分布曲线的纹波，通过数值模拟计算得到；
因此，在笛卡尔坐标系中，以原子束为z轴，则所有永磁体的位置可以直接通过数学公式描述；整个减速器中由四列永磁体组成，并对称排列在z轴周围，增加磁场在横截面上的均匀度；安放磁体的位置时，与背景技术中NPL的减速器不同，永磁体从减速器末尾端排布到初始端，这样减速器末尾的永磁体与原子束的距离可以适当调节，并且不会对减速器内部磁场分布产生过大影响，原子依然可以实现顺利的减速；在初步确定永磁体的位置以后，会对距离原子束过近或者过远的永磁体的大小进行调节，最终所有的磁体分布在距原子束适中的距离；
（3）确定了减速器中各永磁体6的位置之后，搭设外支架并将中心圆筒4以及各内框架3安装于其上，在条形槽孔12内调节永磁体6距离原子束的距离，并在滑杆2的限位导向下沿径向调节内框架3的位置，从而使各永磁体6达到设计位置，并通过调节最后永磁体6的位置，在减速器之后的磁场迅速衰减到零，可以无需补偿线圈或者额外的磁屏蔽来消除在实验主腔中的剩余磁场。

[0018] 本实施例中的塞曼减速器可用于锶、镱等原子的减速，以镱原子光钟为例说明，使用的永磁体为铁钕硼材料，型号为N50，特定排布的四列永磁体在减速器内部所需产生磁场分布如图6所示；中心为原子束的通道，当在永磁体排布好之后中心位置的磁场设计的理想磁场分布如图7所示，末端磁场的偏差为模拟了原子减速之后调整最后永磁体的位置所致，否则原子在减速到所需区域之前其速度就会减到零，反而无法达到预期效果。

[0019] 本实施例的有益效果在于：（1）体积与重量的缩减：与相似的永磁体塞曼减速器相比，本实施例中的减速器的体积非常小，长度约为15cm，宽度约为10cm，同时由于使用的永磁体数量较少，并且无需额外的磁屏蔽装置，整体装置的重量也大大减轻。这个对于未来的星载钟以及小型化的光钟具有非常重大的意义；
（2）减速器装置安装的简易性以及可调性：与相关的减速器装置比较，本实施例中减速器的安装更为简便，并且每对磁体都可以两维可调，在实验条件发生变化时可以对永磁体的位置进行调节，实现减速效率的最大化；
（3）减速器的减速效率估算：用于最终评定一个塞曼减速器的性能的参数为减速效率，即可以被成功减速到预期速度并被俘获的原子数占总原子数目的比例；实际上的减速效率的决定因素很多，其中，所设计的减速器产生的磁场分布，减速激光的光强以及在横截面上的分布、原子束中原子的速度分布等均为较重要的因素；在冷镱原子光钟中所用的塞曼减速光为399 nm波长的激光，饱和光强为60mW/cm2；在估算时，定义参数s为光强与饱和光强之比，使用s最大为3.8，使用的激光为束腰为3mm的高斯光束，对半径为3mm、初始的最概然速率为310m/s的原子束进行减速，理论估算得到减速效率为15.5%；该参数与同类的减速器相比属于正常范围，并且在加大高斯光束的腰斑后可以有效的提升减速效率。