이차원 자기광포획 생성장치{2-DIMENSIONAL MAGNETO-OPTICAL TRAP GENERATOR}
본 발명은, 이차원 자기광포획 생성장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 레이저 개수를 줄일 수 있고 낮은 종속도와 좁은 속도분포성분을 갖는 원자빔을 생성할 수 있도록 한 이차원 자기광포획 생성장치에 관한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이차원 자기광포획 생성장치(2-DIMENSIONAL MAGNETO-OPTICAL TRAP GENERATOR)는, 고진공 챔버(HIGH VACUUM CHAMBER)(10), 냉각레이저(COOLING LASER)(21,22,23,24), 푸쉬레이저(PUSHING LASER)(25), 감쇄레이저(RETARDING RASER)(26), 원자소스(31), 자기장 코일(40) 및 시준튜브(COLLIMATION TUBE)(50)를 구비하여 구성된다. 상기 고진공 챔버(10)는 직육면체 형상으로 형성된다. 상기 고진공 챔버(10)의 내부는 진공펌프(이온 펌프 또는 게터 펌프)를 이용하여 고진공(예를 들면, 10 -9 Torr) 상태로 유지된다. 상기 고진공 챔버(10)는 내부로 레이저 빔이 조사될 수 있게 윈도우를 구비한다. 상기 고진공 챔버(10)의 둘레에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 내부로 네방향(도면상 좌우방향(x방향) 및 상하방향(y방향)에서 레이저 빔을 조사할 수 있게 4개의 냉각레이저(cooling laser)(21,22,23,24)가 각각 구비된다. 상기 고진공 챔버(10)의 둘레에는 자기장 코일(40)이 마련된다. 상기 자기장 코일(40)은 도면상 고진공 챔버(10)의 상측 및 하측에 각각 구비된다. 상기 자기장 코일(40)은 상기 고진공 챔버(10)의 내부 중앙에 도면상 고진공 챔버(10)의 길이방향(z방향)으로 길게 자기장이 영(0, zero)인 영역을 형성한다. 상기 고진공 챔버(10)의 일 측에는 냉각레이저(21,22,23,24) 및 자기장 코일(40)의 상호 작용에 의해 냉각 및 포획된 원자를 종방향(z축방향)으로 이송하는 푸쉬레이저(push laser)(25)가 마련된다. 상기 고진공 챔버(10)의 타 측에는 원자(원자빔)가 이동하는 통로를 형성하는 관통부(51)를 구비한 시준튜브(collimation tube)(50)가 구비된다. 상기 시준튜브(50)의 일 단부에는 반사면(52)이 마련된다. 상기 고진공 챔버(10)의 외부에는 상기 시준튜브(50)의 반사면(52)을 향해 레이저(빔)을 조사하여 상기 푸쉬레이저(25)에 의해 이송되는 원자의 이동속도를 감쇄시키는 감쇄레이저(retarding laser)(26)가 구비된다. 이러한 구성에 의하여, 상기 고진공 챔버(10)의 내부에 원자소스(31)가 삽입되면 원자는 멕스웰-볼츠만 속도 성분으로 진공 내부를 자유롭게 떠다닌다. 상기 자기장 코일(40)을 이용해서 자기장의 세기가 공간적으로 기울기를 갖도록 하고, 상기 네 개의 냉각레이저(21,22,23,24)를 고진공 챔버(10)의 내부로 조사하면 상기 고진공 챔버(10)의 진공 내부에서 떠다니던 원자는 속도 성분을 잃고 냉각된다. 횡방향(x축 및 y축)으로 냉각된 원자는 4개의 레이저(빔)가 겹치고 자기장의 세기가 0인 종방향(z축)을 따라 기다랗게 2차원 자기광포획(32)을 형성한다. 중앙으로 밀집된 원자(32)들은 상호 충돌로 인해 종방향(z방향)으로 추가적인 속도성분이 발생하여 냉각레이저(21,22,23,24)가 없는 방향으로 진행한다. 이때, 상기 고진공 챔버(10)의 내부로 상기 푸쉬레이저(25)를 통해 레이저 빔을 조사하면 냉각된 원자는 효율적으로 이송되어 높은 플럭스를 갖는 원자빔(atomic beam)을 형성한다. 이러한 원자빔은, 도 3에 도시된 바와 같이, 종속도가 크고 속도분포성분이 넓기 때문에 원자빔을 이용한 실험에 활용이 곤란하다. 예를 들면, 원자빔을 이용한 원자간섭계 자이로스코프에서 원자빔의 속도분포성분이 넓으면 간섭신호의 신호대잡음비(signal to noise ratio)가 나빠져 측정정밀도가 저하된다. 한편, 상기 고진공 챔버(10)의 내부에는 상기 감쇄레이저(26)로부터 조사된 레이저빔이 상기 시준튜브(50)의 반사면(52)에 의해 종방향(z축방향)으로 반사된다. 이에 의해, 상기 푸쉬레이저(25)에 의해 밀려나오는 원자(32)들의 속도를 지연시킴으로써, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 시준튜브(50)의 관통부(51)를 통과한 원자빔(33)의 종속도를 저하시킴과 아울러 속도분포성분을 감소시킬 수 있다. 그런데, 이러한 종래의 2차원 자기광포획 생성장치에 있어서는, 원자의 냉각을 위해 고진공 챔버(10)의 둘레에 4개의 냉각레이저(21,22,23,24)를 배치하도록 되어 있어, 구조가 복잡하고 공간적으로 정밀한 작업이 요구된다고 하는 문제점이 있다. 또한, 원자빔의 플럭스를 높이기 위해 높은 파워의 냉각레이저(21,22,23,24)가 요구된다.
따라서, 본 발명은, 레이저 개수를 줄일 수 있고 낮은 종속도와 좁은 속도분포성분을 갖는 원자빔을 생성할 수 있는 이차원 자기광포획 생성장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 단일광선을 이용하여 낮은 종속도와 좁은 속도분포성분을 갖는 원자빔을 생성할 수 있는 이차원 자기광포획 생성장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 목적 달성을 위해, 내부에 고진공을 형성하는 고진공 챔버; 상기 고진공챔버의 제1축(y축)방향에 대해 각각 경사지고, 서로 반사가능하게 배치된 한 쌍의 반사면을 구비하여 상기 제1축방향으로 입사된 레이저 빔을 상기 제1축방향에 직각인 제2축(x축)방향으로 각각 반사할 수 있게 상기 고진공 챔버의 내부에 구비되는 반사부재; 상기 고진공 챔버의 내부에 구비되는 원자소스; 상기 각 반사면을 향해 레이저 빔을 조사하여 상기 제1축방향을 따른 왕복방향 및 상기 제2축방향을 따른 왕복방향을 포함한 네 방향에서 원자를 냉각시키는 냉각레이저; 상기 고진공 챔버의 내부 상기 반사부재의 상측 중앙에 자기장이 영(0)인 영역이 상기 제1축방향 및 상기 제2축방향에 대해 각각 직각인 제3축(z축)방향을 따라 선형으로 형성되게 하는 자기장 코일; 및 상기 반사부재의 일 측에 구비되고, 상기 제3축방향을 따라 원자빔이 통과하는 관통부를 구비하여 상기 원자빔의 광축을 정렬하는 광축정렬부;를 포함하는 이차원 자기광포획 생성장치를 제공한다. 여기서, 상기 냉각레이저는 상기 반사부재의 반사면에 상기 관통부측으로 접근되게 입사각이 조절되어 레이저 빔을 조사하여 원자를 냉각 및 포획함과 아울러 냉각 및 포획된 원자를 상기 관통부측으로 이송시키게 구성될 수 있다. 또한, 상기 관통부의 대향측에 배치되어 상기 냉각레이저, 상기 자기장 코일 및 상기 반사부재의 상호 작용에 의해 냉각 및 포획된 원자를 상기 관통부측으로 이송시키는 푸쉬레이저;를 더 포함하여 구성될 수도 있다. 상기 광축정렬부는 상기 광축정렬부를 향해 입사되는 레이저 빔을 상기 관통부에서 멀어지는 방향으로 반사하여 상기 관통부측으로 이송되는 원자의 속도를 감쇄시킬 수 있게 반사면을 구비하여 구성될 수 있다. 상기 광축정렬부는 중앙에 상기 관통부가 형성되고 상기 고진공 챔버의 폭방향으로 연장된 시준블록;을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 냉각레이저는 레이저 빔의 일 부를 상기 시준블록의 반사면으로 조사할 수 있게 형성될 수 있다. 또한, 상기 광축정렬부는 중앙에 상기 관통부가 형성되고 내측 단부에 상기 반사면이 구비되는 시준튜브;를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 시준튜브의 반사면에 레이저 빔을 조사하는 감쇄레이저;를 더 포함하여 구성될 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 고진공 챔버의 일 측에서 레이저를 조사하고 조사된 레이저를 거의 직각으로 반사시킴으로써, 원자의 냉각을 위해 조사되는 레이저의 개수를 현저하게 저감할 수 있다. 또한, 냉각레이저의 입사각을 조절하여 원자를 z축방향으로 이송시킬 수 있도록 함으로써 푸쉬레이저의 사용을 배제할 수 있다. 또한, 냉각레이저의 일부를 시준블록의 반사면에 조사되게 하여 z축방향으로 이송되는 원자의 이동속도를 감쇄시킬 수 있도록 함으로써 감쇄레이저의 사용을 배제할 수 있다. 또한, 고진공 챔버의 일 측에서 고진공 챔버의 내부로 레이저 빔을 조사하고 조사된 레이저빔이 거의 직각으로 반사되도록 하되, 레이저빔의 입사각을 원자를 z축방향으로 이송할 수 있게 조절하고 아울러 레이저빔의 일부가 z축방향으로 이송되는 원자의 이송속도를 감쇄시키는 방향으로 반사되도록 함으로써, 단일광선을 이용한 이차원 자기광포획 생성장치가 제공된다.
도 1은 종래의 이차원 자기광포획 생성장치를 설명하기 위한 모식도,
도 2는 도 1의 냉각레이저의 조사를 설명하기 위한 도면,
도 3은 도 1의 이차원 자기광포획 생성장치의 시준튜브측으로 이송되는 원자빔의 속도분포성분을 도시한 도면,
도 4는 도 1의 관통부를 통과하는 원자빔의 속도분포성분을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차원 자기광포획 생성장치의 사시도,
도 6은 도 5의 이차원 자기광포획 생성장치의 작용을 설명하기 위한 도면,
도 7은 도 5의 반사부재의 작용을 설명하기 위한 도면,
도 8 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차원 자기광포획 생성장치의 사시도,
도 9는 도 8의 냉각레이저의 입사각(θ)을 설명하기 위한 도면,
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차원 자기광포획 생성장치의 사시도,
도 11은 도 10의 냉각레이저의 입사 및 반사 작용을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차원 자기광포획 생성장치는, 내부에 고진공을 형성하는 고진공 챔버(110); 서로 경사지게 배치된 반사면(132)을 구비하여 상기 고진공 챔버(110)에 구비되는 반사부재(130); 상기 고진공 챔버(110)의 내부에 구비되는 원자소스(140); 상기 각 반사면(132)을 향해 레이저 빔을 조사하여 네 방향에서 원자를 냉각시키는 냉각레이저(151); 상기 고진공 챔버(110)의 내부 중앙에 자기장이 영(0)인 영역이 선형으로 형성되게 하는 자기장 코일(180); 및 상기 반사부재(130)의 일 측에 원자빔이 통과하는 관통부(192)를 구비하여 상기 원자빔의 광축을 정렬하는 광축정렬부(190);를 구비하여 구성될 수 있다. 상기 고진공 챔버(110)는, 예를 들면, 직육면체 형상을 구비하여 구성될 수 있다. 상기 고진공 챔버(110)는 금속 또는 소위 제로더(Zerodur)라고 하는 유리세라믹으로 구성될 수 있다. 상기 고진공 챔버(110)의 내부는 도시 않은 진공펌프(이온펌프 또는 게터펌프)에 의해 10 -9 Torr 이하의 고진공 상태로 되며, 이 고진공 상태가 계속 유지될 수 있게 구성될 수 있다. 상기 고진공 챔버(110)는, 프레임(111)과, 상기 프레임(111)에 구비되는 투광성의 윈도우(115)를 구비하여 구성될 수 있다. 상기 프레임(111)은, 예를 들면, 직육면체로 형성될 수 있다. 상기 프레임(111)에는 복수의 개구(113)가 형성될 수 있다. 상기 프레임(111)의 각 개구(113)에는 윈도우(115)가 각각 장착될 수 있다. 상기 윈도우(115)는, 예를 들면, 인듐실링(indium sealing) 또는 옵티컬 컨택팅(optical contacting) 등의 방법으로 상기 프레임(111)에 장착될 수 있다. 상기 고진공 챔버(110)의 내부에는 원자소스(140)(source)가 삽입될 수 있다. 상기 고진공 챔버(110)의 일 측에는 상기 고진공 챔버(110)의 내부로 레이저 빔을 조사할 수 있게 냉각레이저(151)가 구비될 수 있다. 여기서, 상기 냉각레이저(151)는 우원 편광 또는 좌원 편광될 수 있다. 한편, 상기 고진공 챔버(110)의 내부에는 반사부재(130)가 구비될 수 있다. 상기 반사부재(130)는 서로 경사지게 배치된 반사면(132)을 구비할 수 있다. 상기 반사부재(130)는, 예를 들면, 서로 "V" 형상으로 배치된 반사면(132)을 구비게 구성될 수 있다. 상기 반사부재(130)는, 예를 들면, 직육면체 형상의 블록의 상면을 "V"형상으로 절취(cutting)하고 "V"형상의 내면에 반사면(레이저반사면)(132)을 형성하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 반사부재(130)의 반사면(132)의 반사코팅 정도는 원자빔의 성능에 따라 조절될 수 있다. 또한, 상기 반사부재(130)는 도면에는 구체적으로 도시하지 아니하였으나, 반사면을 각각 구비한 미러(mirror, 거울(레이저거울))들을 서로 "V"형상으로 배치하여 구성될 수도 있다. 상기 반사부재(130)는, 예를 들면, 상기 고진공 챔버(110)의 내부에 상기 반사면(132)이 레이저 빔의 조사방향에 대해 각각 45도의 기울기를 가지고 경사지게 배치될 수 있다. 보다 구체적으로 예를 들면, 상기 반사부재(130)는 상기 고진공 챔버(110)의 수직방향 또는 상하방향(y축방향)에 대해 각각 45도의 기울기를 가지는 반사면(132)을 구비하게 구성될 수 있다. 상기 반사부재(130)의 각 반사면(132)은 해당 반사면(132)에 수직방향(y축방향)으로 입사된 레이저 빔을 각각 수평방향(x축방향)으로 각각 반사할 수 있다. 상기 프레임(111)의 일 측에는 상기 반사부재(130)의 각 반사면(132)을 향해 레이저 빔을 조사하는 냉각레이저(151)가 구비될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 반사부재(130)의 반사면(132)이 도면 상 상측을 향하게 상기 고진공 챔버(110)의 내부에 배치되므로, 상기 냉각레이저(151)는 상기 고진공 챔버(110)의 상측에 구비된 경우를 예시하고 있다. 이러한 구성에 의하면, 상기 반사부재(130)는, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 2개의 반사면(132)이 상하방향(y축방향, 보다 구체적으로 도 7을 기준으로 -y축방향)으로 조사된 레이저 빔을 각각 수평방향(x축방향 및 -x축방향) 및 상하방향(y축방향)으로 각각 반사함으로써, 원자(142)의 4방향, 즉 원자(142)의 상측에서 하측으로 향하는 방향(-y축방향), 원자(142)의 좌측에서 우측으로 향하는 방향(x축방향), 원자(142)의 우측에서 좌측으로 향하는 방향(-x축방향) 및 원자(142)의 하측에서 상측으로 향하는 방향(y축방향)에서 원자(142)를 각각 냉각할 수 있다. 상기 고진공 챔버(110)의 외부에는 상기 고진공 챔버(110)의 내부에 공간적으로 자기장이 영(0,zero)인 영역이 형성되게 하는 자기장 코일(180)이 구비될 수 있다. 상기 자기장 코일(180)은, 예를 들면, 상기 고진공 챔버(110)를 사이에 두고 서로 대향되게 배치될 수 있다. 보다 구체적으로 예를 들면, 본 실시예에서 상기 자기장 코일(180)은 상기 고진공 챔버(110)의 상측 및 하측에 각각 구비될 수 있다. 상기 자기장 코일(180)은, 전원 인가시 상기 고진공 챔버(110)의 내부에 공간적으로 자기장이 0인 영역이 상기 고진공 챔버(110)의 길이방향(z축방향)으로 길게 형성될 수 있게 구성될 수 있다. 여기서, 상기 반사부재(130)에 의해 레이저 빔이 반사되어 겹치는 부분과 자기장이 공간적으로 0인 지점이 일치할 경우 원자의 냉각 및 포획이 효율적으로 이루어질 수 있다. 한편, 상기 반사부재(130)는, 상기 고진공 챔버(110)의 길이에 비해 축소된 길이를 구비하게 형성될 수 있다. 상기 반사부재(130)의 일 측, 보다 구체적으로 상기 고진공 챔버(110)의 길이방향(z축방향)을 따라 상기 반사부재(130)의 일 측에는 원자빔이 통과하는 관통부(192)를 구비한 광축정렬부(190)가 구비될 수 있다. 여기서, 상기 고진공 챔버(110)에는 상기 관통부(192)와 연통되게 관통된 관통공(117)이 형성될 수 있다. 상기 관통공(117)은, 예를 들면, 상기 고진공 챔버(110)의 길이방향을 따라 일 측 단부에 형성될 수 있다. 본 실시예에서 상기 관통부(192)의 외측(고진공 챔버(110)의 외측)에는 다른 장치의 블록(미도시)이 연결되며, 이에 의해 상기 고진공 챔버(110)의 내부는 고진공이 유지될 수 있다. 상기 광축정렬부(190)는, 예를 들면, 블록형상을 구비한 시준블록(collimation block)(190)으로 구성될 수 있다. 상기 시준블록(190)의 일 측에는 상기 고진공 챔버(110)의 길이방향(z축방향)으로 레이저 빔을 반사하는 반사면(193)이 구비될 수 있다. 상기 시준블록(190)의 중앙에는 상기 관통부(192)가 형성될 수 있다. 상기 시준블록(190)은 상기 냉각레이저(151) 및 반사부재(130)의 상호 작용에 의해 냉각 및 포획된 원자(142)가 상기 관통부(192)를 통해 유출될 수 있게 상기 고진공 챔버(110)의 내부 상기 반사부재(130)의 일 측에 구비될 수 있다. 한편, 상기 반사부재(130)의 타 측에는 냉각 및 포획된 원자를 상기 관통부(192)측으로 이송시키는 푸쉬레이저(160)가 구비될 수 있다. 상기 고진공 챔버(110)에는 상기 푸쉬레이저(160)의 레이저빔이 상기 고진공 챔버(110)의 내부로 조사될 수 있게 윈도우가 구비될 수 있다. 상기 시준블록(190)의 일 측에는 상기 시준블록(190)의 반사면(193)을 향해 레이저 빔을 조사하는 감쇄레이저(170)가 구비될 수 있다. 상기 감쇄레이저(170)는, 상기 시준블록(190)의 반사면(193)에 레이저 빔을 조사하여 z축방향으로 반사되도록 함으로써, 상기 푸쉬레이저(160)에 의해 상기 관통부(192)측으로 밀려 이동되는 원자의 이송속도를 감쇄시켜 상기 시준블록(190)의 관통부(192)를 통과한 원자빔(193)의 종속도가 느리고 좁은 속도성분분포를 가지게 할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 상기 자기장 코일(180)에 전원이 인가되면 상기 고진공 챔버(110)의 내부 중앙에 자기장이 0인 지점이 기다랗게 나타나고, 상기 고진공 챔버(110)의 내부로 조사된 냉각레이저(151)와 겹치는 부분에서 원자는 냉각 및 포획된다. 냉각 및 포획된 원자(142)는 상기 푸쉬레이저(160)에 의해 상기 관통부(192)측으로 이동되고, 이때, 상기 감쇄레이저(170)에서 조사되고 상기 시준블록(190)의 반사면(193)에 의해 반사된 레이저 빔에 의해 상기 관통부(192)측으로 이송되는 원자(142)의 이송속도가 감쇄될 수 있다. 이송속도가 감쇄된 원자빔(143)은 상기 관통부(192)를 통해 상기 고진공 챔버(110)의 외부로 유출될 수 있다. 여기서, 상기 고진공 챔버(110)의 외부로 유출된 원자빔(143)은, 예를 들면, 삼차원 자기광포획 또는 원자간섭계 실험에 활용될 수 있다. 이하, 도 8 및 도 9를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명한다. 전술 및 도시한 실시예와 동일 및 동일 상당부분에 대해서는 도면 설명의 편의상 도시를 생략하고 동일한 참조부호를 인용하여 설명할 수 있다. 또한, 일부 구성에 대한 구체적인 설명은 생략될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차원 자기광포획 생성장치는, 내부에 고진공을 형성하는 고진공 챔버(110); 서로 경사지게 배치된 반사면(132)을 구비하여 상기 고진공 챔버(110)의 내부에 구비되는 반사부재(130); 상기 고진공 챔버(110)의 내부에 구비되는 원자소스(140); 상기 각 반사면(132)을 향해 레이저 빔을 조사하여 네 방향에서 원자를 냉각시키는 냉각레이저(152); 상기 고진공 챔버(110)의 내부 중앙에 선형으로 자기장이 영(0)인 영역이 선형으로 형성되게 하는 자기장 코일(180); 및 상기 반사부재(130)의 일 측에 원자빔이 통과하는 관통부(212)를 구비하여 상기 원자빔(143)의 광축을 정렬하는 광축정렬부(210);를 구비하여 구성될 수 있다. 상기 고진공 챔버(110)는, 프레임(111)과, 복수의 윈도우(115)를 구비하여 구성될 수 있다. 상기 고진공 챔버(110)의 내부에는, 반사부재(130) 및 원자소스(140)가 구비될 수 있다. 상기 고진공 챔버(110)의 일 측에는 상기 반사부재(130)의 반사면(132)을 향해 레이저 빔을 조사하는 냉각레이저(152)가 구비될 수 있다. 상기 냉각레이저(152)는, 예를 들면, 상기 고진공 챔버(110)의 상측에 구비될 수 있다. 한편, 상기 광축정렬부(210)는, 중앙에 관통부(212)가 형성된 시준튜브(210)로 구성될 수 있다. 상기 시준튜브(210)의 일 단부에는 레이저 빔을 상기 고진공 챔버(110)의 길이방향(z축방향)으로 반사할 수 있게 반사면(213)이 구비될 수 있다. 상기 고진공 챔버(110)의 일 측에는 상기 시준튜브(210)의 반사면(213)을 향해 레이저 빔을 조사하는 감쇄레이저(170)가 구비될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 시준튜브(210)의 반사면(213)은 상기 고진공 챔버(110)의 일 측면부 (예를 들면, 고진공 챔버(110)의 좌 측면부(121))를 향해 배치될 수 있다. 상기 고진공 챔버(110)의 일 측면부(121)에는 상기 감쇄레이저(170)에서 조사된 레이저 빔이 내부로 투과(투광)될 수 측면 윈도우(125)가 구비될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 감쇄레이저(170)가 상기 고진공 챔버(110)의 일 측면부(121)에 구비된 경우를 예시하고 있으나, 상기 시준튜브(210)의 반사면(213)이 상측을 향하게 배치하고 상기 감쇄레이저(170)는 상기 고진공 챔버(110)의 상측에 구비되게 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 고진공 챔버(110)의 상부에 형성된 윈도우(115)를 냉각레이저(152)와 감쇄레이저(170)가 공통으로 사용하게 되므로 상기 고진공 챔버(110)의 측면부(121)에는 감쇄레이저(170)의 조사를 위한 측면 윈도우(125)의 형성이 배제될 수도 있다. 한편, 상기 냉각레이저(152)는, 상기 반사부재(130)의 반사면(132)에 상기 관통부(212)측을 향하게 입사각이 조절되어 레이저 빔을 조사하여 원자를 냉각 및 포획함과 아울러 냉각 및 포획된 원자를 상기 관통부(212)측으로 이송시킬 수 있게 구성될 수 있다. 보다 구체적으로 예를 들면, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 냉각레이저(152)는 상기 고진공 챔버(110)의 상하방향(y축방향)에 대하여 소정의 경사각(θ)을 가지고 상기 관통부(212)측으로 접근되게 입사각이 조절될 수 있다. 여기서, 상기 경사각(θ)은, 예를 들면 2도 내지 6도 이내에 형성될 수 있다. 상기 경사각(θ)은 4도로 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 상기 냉각레이저(152)는 x축, y축에 대한 냉각성분 이외에 원자를 z축방향으로 밀어내는 성분을 갖게 되기 때문에 이차원 자기광포획 생성장치에서 생성된 원자는 상기 시준튜브(210)의 관통부(212)를 통해 원자빔(143)을 형성하여 상기 고진공 챔버(110)의 외부로 유출된다. 이러한 구성에 의하면, 상기 냉각레이저(152), 자기장 코일(180) 및 반사부재(130)의 상호작용에 의하여 냉각 및 포획된 원자를 상기 관통부(212)측으로 이송하기 위한 전술한 푸쉬레이저(160)의 사용을 배제할 수 있다. 이에 따라, 본 실시예의 이차원 자기광포획 생성장치는 전술한 푸쉬레이저(160)의 사용이 배제되므로 레이저의 전체 사용 개수가 더욱 감소될 수 있다. 본 실시예에서, 광축정렬부(210)가 시준튜브(210)로 형성된 경우를 예시하고 있으나, 광축정렬부는, 도 5 내지 도 7과 관련하여 전술한 시준블록(190)으로 형성될 수도 있다. 이하, 도 10 및 도 11을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 대하여 설명한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 이차원 자기광포획 생성장치는, 내부에 고진공을 형성하는 고진공 챔버(110); 서로 경사지게 배치된 반사면(132)을 구비하여 상기 고진공 챔버(110)의 내부에 구비되는 반사부재(130); 상기 고진공 챔버(110)의 내부에 구비되는 원자소스(140); 상기 각 반사면(132)을 향해 레이저 빔을 조사하여 네 방향에서 원자를 냉각시키는 냉각레이저(153); 상기 고진공 챔버(110)의 내부 중앙에 선형으로 자기장이 영(0)인 영역이 선형으로 형성되게 하는 자기장 코일(180); 및 상기 반사부재(130)의 일 측에 원자빔(143)이 통과하는 관통부(192)를 구비하여 상기 원자빔(143)의 광축을 정렬하는 광축정렬부(190);를 구비하여 구성될 수 있다. 상기 고진공 챔버(110)는, 프레임(111)과, 윈도우(115)를 구비하여 구성될 수 있다. 상기 프레임(111)은 직육면체 형상을 구비할 수 있다. 상기 프레임(111)의 상단에는 개구(113)가 형성될 수 있다. 상기 프레임(111)의 개구(113)에는 윈도우(115)가 장착될 수 있다. 상기 고진공 챔버(110)의 내부에는, 반사부재(130) 및 원자소스(140)가 구비될 수 있다. 상기 고진공 챔버(110)의 내부 일 측에는 광축정렬부(190)가 구비될 수 있다. 여기서, 상기 광축정렬부(190)는, 예를 들면, 상기 관통부(192)가 중앙에 형성된 시준블록(190)으로 구성될 수 있다. 상기 시준블록(190)의 일 측에는 반사면(193)이 형성될 수 있다. 한편, 상기 고진공 챔버(110)의 일 측에는 상기 반사부재(130)의 반사면(132)을 향해 레이저 빔을 조사하는 냉각레이저(153)가 구비될 수 있다. 상기 냉각레이저(153)는, 예를 들면, 상기 고진공 챔버(110)의 상측에 구비될 수 있다. 상기 냉각레이저(153)는, 상기 반사부재(130)의 반사면(132)에 상기 관통부(192)측을 향하게 입사각이 조절되어 레이저 빔을 조사하여 원자를 냉각 및 포획함과 아울러 냉각 및 포획된 원자를 상기 관통부(192)측으로 이송시킬 수 있게 구성될 수 있다. 보다 구체적으로 예를 들면, 상기 냉각레이저(153)는 상기 고진공 챔버(110)의 상하방향(y축방향)에 대하여 소정의 경사각(θ)을 가지고 상기 관통부(192)측으로 접근되게 입사각이 조절되어 설치될 수 있다. 여기서, 상기 경사각(θ)은, 4도로 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 냉각 및 포획된 원자를 상기 관통부(192)측으로 이송시키는 전술한 푸쉬레이저(160)의 사용을 배제할 수 있다. 한편, 상기 냉각레이저(153)는, 레이저 빔의 일 부를 상기 시준블록(190)의 반사면(193)으로 조사할 수 있게 상대적으로 큰 스팟(면적)을 가지게 형성될 수 있다. 상기 시준블록(190)의 반사면(193)으로 조사된 냉각레이저(153)의 레이저 빔은 종방향(z축방향)으로 반사되어 상기 관통부(192)측으로 이송되는 원자(142)의 이동 속도를 감쇄시킬 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 종방향으로 이송되는 상기 원자(142)의 이송 속도의 감쇄를 위한 전술한 감쇄레이저(170)의 사용을 배제할 수 있다. 본 실시예의 이차원 자기광포획 생성장치는 냉각레이저(153)의 입사각을 조절함으로써 전술한 푸쉬레이저(160)의 사용을 배제할 수 있고, 또한 냉각레이저(153)의 일부를 광축정렬부(190)의 반사면(193)에 조사되게 하여 종방향(-z축방향)으로 반사되게 하여 전술한 감쇄레이저(170)의 사용을 배제함으로써, 레이저의 개수를 현저하게 줄일 수 있는 단일광선을 이용한 이차원 자기광포획 생성장치를 구현할 수 있다. 이상에서, 본 발명의 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었다. 그러나, 본 발명은, 그 사상 또는 본질적인 특징에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 형태로 실시될 수 있으므로, 위에서 설명된 실시예는 그 상세한 설명의 내용에 의해 제한되지 않아야 한다. 또한, 앞서 기술한 상세한 설명에서 일일이 나열되지 않은 실시예라 하더라도 첨부된 특허청구범위에서 정의된 그 기술 사상의 범위 내에서 넓게 해석되어야 할 것이다. 그리고, 상기 특허청구범위의 기술적 범위와 그 균등범위 내에 포함되는 모든 변경 및 변형은 첨부된 특허청구범위에 의해 포섭되어야 할 것이다.
110 : 고진공 챔버 111 : 프레임
113 : 개구 115 : 윈도우
117 : 관통공 130 : 반사부재
132,193,213 : 반사면 140 : 원자소스
142 : 원자(중앙에 밀집된 원자) 143 : 원자빔
151,152,153 : 냉각레이저 160: 푸쉬레이저
170 : 감쇄레이저 180 : 자기장 코일
190 : 광축정렬부, 시준블록 192,212 : 관통부
210 : 광축정렬부, 시준튜브 |
