WO2001095677A1 - Dispositif et procédé de génération de faisceau atomique - Google Patents

Dispositif et procédé de génération de faisceau atomique Download PDF

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WO2001095677A1
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Takuya Hirano
Yoshio Torii
Kenichi Ito
Ryo Namiki
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Japan Science And Technology Corporation
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    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H3/00—Production or acceleration of neutral particle beams, e.g. molecular or atomic beams
    • H05H3/02—Molecular or atomic beam generation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H3/00—Production or acceleration of neutral particle beams, e.g. molecular or atomic beams
    • H05H3/04—Acceleration by electromagnetic wave pressure

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for generating an atomic beam for generating a slow atomic beam.
  • the method of injection into a vacuum requires the use of an oven to heat atoms at room temperature to solid atoms at room temperature, and the average speed of the atom beam obtained by this injection method is as high as several hundred m / s. And the spread of the velocity distribution is large.
  • a method using a magneto-optical trap can generate an atomic beam as slow as several cm / sec.
  • Magneto-optical traps generate low-temperature (about 1 microkelvin) low-temperature atomic ensembles by combining Doppler cooling technology using laser light and the central force generated by the Zeeman shift of atomic levels due to a quadrupole magnetic field.
  • Technology (Phys. Rev. Lett. 59, 2631 (1987) EL Raab eta 1 .; Applied Physics, 60, 864 (1991) Fujio Shimizu).
  • the Doppler cooling method irradiates a laser beam with a frequency slightly lower than the resonance frequency of the atom toward the atom from six or four directions, and the absorption probability of the atom moving toward the laser beam is determined by the Doppler shift. This is a method of performing three-dimensional cooling using the increase (Phy. Rev. Lett. 55, 48 (1985) S. Chu eta l.).
  • the atoms in the magneto-optical trap are cooled down to about 100 micro Kelvin as described above. Atomic beam can be generated.
  • the atomic A method of changing the internal state and extracting from the trap (Nature, 380, 691 (1996) J. Fujitaeta 1) has already been realized.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a conventional method of forming a shadow on a single cooling laser beam using a perforated mirror and extracting the shadow.
  • reference numerals 70 and 71 denote vacuum chambers
  • reference numerals 73 and 74 denote low-temperature atomic groups held by a magneto-optical trap.
  • 7a, 7b, 7c, 7 (1 and 76, 7f, 7g, 7h are for trapping atoms three-dimensionally and cooling them with a doubler to form and hold the low-temperature atomic groups 73 and 74.
  • ⁇ 2 is a mirror for reflecting the laser beam 7b, and a hole 75 is provided at the center of the mirror 72. The hole 75 irradiates the low-temperature atomic group 73.
  • the laser beam 7b has a shadow, and the atoms of the low-temperature atom group 73 located in the shadow receive a downward force in FIG. 10, so that an atom beam 76 is generated. Is transported through the hole 75 and the transport tube 77 to the cold atomic mass 74.
  • Figure 10 illustrates the conventional method of shadowing and extracting a single cooling laser beam using a perforated mirror.
  • Another method of changing the internal state of atoms is to irradiate atoms with another laser light having a different wavelength from the laser light used for trapping, and to use energy that does not absorb laser light used for trapping.
  • Atoms are extracted from traps by transitioning atoms to levels. Therefore, applicable atomic species are limited to those having an appropriate energy level that does not absorb the laser light for trapping.
  • some of the atoms that have absorbed the laser beam to be extracted from the trap transition to an unusable energy level, which reduces the available extraction efficiency (Phy. Rev. A4 6, R17, (1992)).
  • Atomic beams are necessary for various technical fields such as high-resolution spectroscopy, frequency standards, atomic wave interferometers, Bose condensation generation of atoms, atomic beam lithography, and atomic beam surface inspection.
  • it is essential to control the atomic beam flow rate.
  • it was difficult to control the flow rate of the atomic beam.
  • an object of the present invention is to provide an atomic beam generation method and a simple vacuum apparatus, which has a high extraction efficiency, is capable of adjusting a flow rate, and is capable of generating an atomic beam for many types of atoms. It is intended to provide a device. Disclosure of the invention
  • the invention described in claim 1 is directed to a method for generating atomic beams by extracting atoms from a low-temperature atomic group formed by using laser cooling and generating an atomic beam.
  • a part of one laser beam traveling in a specific direction in each set of laser beams is blocked and this laser beam is blocked.
  • a force that pushes atoms in a specific direction in the shadow area is generated to generate an atomic beam.
  • the shadow of the laser beam is created by blocking a part of the laser beam by a tube for transporting the atomic beam.
  • the method according to claim 4 is characterized in that the cryogenic atomic group is irradiated with another laser beam, whereby the atoms of the cryogenic atomic group are pushed in the shadow of the laser beam. It adjusts the flow rate.
  • the method according to claim 5 is characterized in that the wavelength of the other laser beam is a wavelength that resonates with atoms of the low-temperature atomic group.
  • the flow rate of the atomic beam can be adjusted.
  • the invention described in claim 6 is an atomic beam generator for extracting an atom from a low-temperature atomic group formed by using laser cooling and generating an atomic beam, wherein the traveling directions are opposite to each other.
  • a part of one laser beam traveling in a specific direction in each laser beam pair is blocked to shade this laser beam.
  • a force that pushes an atom in a specific direction in the shadow area is generated to generate the above-mentioned atomic beam.
  • a part of the laser beam is blocked by a tube for transporting the atomic beam to form a shadow of the laser beam.
  • the vacuum device since the force for pushing the atoms is strong, the extraction efficiency is high and the atom beam can be generated effectively. Also, since it does not use the internal state of atoms, it can be applied to almost all kinds of atoms. Furthermore, since the mirror does not need to be inserted into the vacuum device, the vacuum device is simple and there is no fear that the mirror is contaminated with atoms.
  • the atom beam generator according to claim 9 is capable of forming another low-temperature By irradiating the laser beam, the atoms in the low-temperature atomic group are pushed behind the laser beam, thereby adjusting the flow rate of the atomic beam.
  • the atomic beam generator according to claim 10 is characterized in that the wavelength of the other laser beam is a wavelength that resonates with the atoms of the low-temperature atomic group.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of the atomic beam generation method of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a double magneto-optical trap device that realizes Bose-Einsch-In condensation of R b (rubidium) atomic gas using the atomic beam generator of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining another embodiment of the atomic beam generator according to the present invention.
  • Fig. 4 is an example of an image taken with a CCD camera when the atomic beam flow rate is adjusted using the atomic beam generator shown in Fig. 2.
  • Fig. 5 is an example of the result of measuring the atomic beam flow rate in each state of Fig. 4.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a method of measuring the flow rate of the atomic beam in the atomic beam generation method shown in FIG.
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining still another embodiment of the atom beam generating method of the present invention.
  • FIG. 8 is an example of an image captured by a CCD camera when the atomic beam flow rate is adjusted by the atomic beam generator shown in FIG.
  • FIG. 9 is an example of the result of measuring the flow rate of the atomic beam in the state of FIG.
  • Figure 10 shows the use of a perforated mirror to create a shadow on a single cooling laser beam. It is a schematic diagram for demonstrating the conventional method of issuing. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an embodiment of an atomic beam generation method according to the present invention.
  • an atomic beam generator 10 includes a vacuum chamber 11, two laser light sources (not shown) provided outside the vacuum chamber 11, and an outside of the vacuum vessel 11.
  • Laser beams 13a, 13b formed by the installed mirrors 12a, 12b, and a transport tube 14 for taking out low-temperature atoms arranged in the vacuum chamber 11 have.
  • the vacuum chamber 11 is provided with an ampoule 25 (shown in FIG. 2) for supplying atoms.
  • the vacuum chamber 11 also has a laser beam 1 3 perpendicular to the plane of FIG. It has a third laser beam arranged so as to intersect the intersection area 15 between a and 13b.
  • the laser beam 13a is a laser beam L1 traveling from the upper left to the lower right, and a mirror arranged after passing through the vacuum chamber 11 and perpendicular to the laser beam L1. And a laser beam L 1a that is reflected by 12 a and travels in the opposite direction.
  • the laser beam 13 b is a laser beam L 2 traveling from the upper right to the lower left, and a mirror arranged perpendicularly to the laser beam L 2 after passing through the vacuum chamber 11. And a laser beam L 2 b reflected by 12 b and traveling in the opposite direction.
  • a third laser beam (not shown) is also reflected by a laser beam traveling in the vacuum chamber 11 and a third mirror arranged perpendicularly to the third laser beam after passing through the vacuum chamber 11. And a laser beam traveling in the opposite direction.
  • the transport tube 14 is a tube for extracting the slow atom beam, and the transport tube 14 is located at a position where the upper end blocks a part of the laser beams L1 and L2 as shown in FIG. Has been established. As a result, some of the laser beams L1a and L2b blocked by the upper end of the transport pipe 14 do not exist, and either one of the laser beams L1 and L2 or L1 and L2 An area where only the laser beam exists, that is, an area 16 of the shadow of the laser beam is formed.
  • the atomic beam generator 10 is provided with a coil for forming a magnetic trap in the vacuum chamber 11 so as to enclose the intersection region 15 of the laser beam, that is, at the center position.
  • a wave plate (not shown) for appropriately controlling the polarization of the laser beam is provided outside the vacuum chamber 11 and the vacuum chamber 11.
  • FIG. 1 An embodiment of the atomic beam generating method of the present invention shown in FIG. 1 will be described with reference to an atomic beam generating apparatus 10.
  • atoms are supplied from an ampoule for supplying atoms into the vacuum chamber 11 to maintain a predetermined degree of vacuum.
  • the laser beams L I and L 2 are emitted, and the magnetic trap is operated.
  • a total of six laser beams of the reflected laser beams irradiate the intersection region 15 in the ⁇ x, ⁇ y, and z directions.
  • the atoms present in the intersection region 15 collide with these laser beams traveling in either direction and are pushed back and confined.
  • This method of optically and magnetically confining atoms is called a magneto-optical trap.
  • the atoms existing in the intersection region 15 are confined by the magneto-optical trap, and cooled by Doppler cooling to lower the temperature, forming a low-temperature atomic group 17
  • the atoms in the low-temperature atomic group 17 are located in one of the laser beams L 1 and L 2 or L 1 and L 2. Since they only exist, they are extruded in a specific direction determined by the traveling directions of the laser beams L1 and L2 or] ⁇ 1 and 2. Referring to the case of FIG. 1, the atom is pushed downward in the transport tube 14 and an atomic beam 18 (indicated by an arrow in FIG. 1) is generated.
  • the shadow region 16 of the laser beam is formed just above the transport tube 14 and a part of the shadow region 16 of the laser beam enters the inside of the transport tube 14, and is formed in the velocity direction of the extruded atoms. Despite the spread, most of the extruded atoms are trapped in the transport tube 14. Therefore, atoms can be effectively extracted, and the low-speed atomic beam 18 can be generated with high efficiency.
  • the atomic beam generating method of the present invention can efficiently generate an atomic beam in this manner.
  • the vacuum device is simple, and the mirrors are arranged in the vacuum chamber 11. It is not contaminated by children.
  • the atomic beam can be generated without using the internal state of the atom, it is possible to extract the atomic beam for almost all kinds of atoms.
  • FIG. 2 shows a Bose-Einstein condensation of Rb (rubydium) atomic gas (Science, 269, 198 (1995) MH Anderson et al. 1.) using the atomic beam generator 10 of the present invention shown in FIG.
  • This is a schematic diagram showing the configuration of a dual magneto-optical trap device that realized the research of Kiza, 28, 147 (2000) Toshio Tori).
  • the double magneto-optical trap device 20 has two vacuum chambers 21 and 22 and a transport pipe 23 connecting them.
  • the configuration of the magneto-optical trap in the upper vacuum chamber 21 is the same as that of the atomic beam generator 10 of the present invention shown in FIG. 1, and includes an ion pump 24 with a pumping speed of 20 liters / second and an Rb (rubidium) ampoule. Has 25.
  • the transport pipe 23 is functionally the same as the transport pipe 14 in FIG. 1, and has a tapered shape with a diameter of 4 mm at the upper end, 12 mm at the lower end, and 62 mm in length in this example. are doing.
  • Vacuum chamber 2 2 lower is connected to the vacuum chamber 2 1 upward through the transport pipe 2 3, pumping speed 1 can keep the vacuum vessel 2 2 at a vacuum of 1 0- 1 1 T orr It has a 50 liter g DT i sublimation pump 26, and the vacuum chamber 22 has the same magneto-optical trap as the vacuum chamber 21.
  • Rb is supplied from the Rb ampoule 25 to form a background gas atmosphere composed of 10 to 8 Torr Rb atoms. It is thereby possible above the vacuum chamber 2 first magneto-optical trap, making low temperature atomic cloud 2 7 consisting of 1 0 8 R b atom in 1 or more seconds.
  • the Rb atoms of the low-temperature atomic group 27 are pushed into the transport pipe 23 with high efficiency by the atomic beam generation method of the present invention, and become an atomic beam to be applied to the magneto-optical trap of the vacuum chamber 22 below. It is transported and forms a cold atomic population 28.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining another embodiment of the atomic beam generating method.
  • the atomic beam generator 30 has a configuration obtained by adding a position adjusting coil 32 to the configuration of the atomic beam generator 10 shown in FIG.
  • the magnetic field generated by the quadrupole magnetic field generating coil 31 is such that the magnetic field is zero at one point in the intersection region 15 of the laser beam (see FIG. 1), and the magnetic field becomes stronger as the distance from this point increases.
  • the position adjustment coil 32 can move the position where the magnetic field is zero by flowing a current through the position adjustment coil 32 and superimposing the magnetic field on the quadrupole magnetic field. Since the low-temperature atomic group 33 is magnetically trapped around the position where the magnetic field is zero, by adjusting the current flowing through the position adjustment coil 32, the position where the magnetic field is zero is adjusted and the low-temperature atomic group is adjusted. Adjust the distance between the group 3 3 and the upper end of the transport pipe 3 4 Can be
  • the flow rate of the atomic beam can be adjusted by adjusting the current flowing through the position adjusting coil 32.
  • the position adjusting coil 32 is not limited to this, and may surround the intersection area 15 of the laser beams L 1 and L 2 (see FIG. 1). It may be constituted by two coils.
  • Fig. 4 is an example of an image captured by a CCD camera when the atomic beam flow rate is adjusted using the atomic beam generator 3 ⁇ shown in Fig. 3.
  • the low-temperature atomic group of the magneto-optically trapped Rb atoms emits fluorescence and can be photographed by a CCD camera.
  • FIG. 4A is an image when no current is applied to the position adjustment coil 32.
  • the low-temperature atomic group of R b 33 looks white like a rasp.
  • FIG. 4 (B) shows the state when a current is applied to the position adjustment coil 32, and it can be seen that the zero point of the magnetic field is moving downward. It can be seen that the low temperature atomic group 33 has become smaller because the atoms have entered the transport tube 34 by entering the shaded region 16 of.
  • FIG. 4 (C) shows the state when the current of the position adjustment coil 32 is further increased. The low-temperature atomic group 33 is further reduced.
  • Fig. 5 shows an example of the measurement results of the atomic beam flow rate in each state of Fig. 4.
  • FIG. Figure 6 shows the original The schematic diagram for demonstrating the flow measurement method of a child beam is shown.
  • an atomic beam 52 is formed from the low-temperature atomic group formed in the upper vacuum chamber 51 using a device similar to the double magneto-optical trap device 20 shown in FIG. 3 shows a state in which the low-temperature atomic group 55 is formed by transporting to the magneto-optical trap of the lower vacuum chamber 54 via the lower layer 3.
  • the atoms in the low-temperature atomic group 55 absorb the probe laser beam 56 that resonates with the atoms, and the amount of absorption is proportional to the number of atoms in the low-temperature atomic group 55.
  • the number of atoms can be obtained by calibrating with the absorption amount per atom.
  • the molecular population 55 emits fluorescence 57, and the fluorescence intensity is proportional to the number of atoms.Therefore, the fluorescence intensity measured using the photodiode 58 and the calibration value obtained in advance by the absorption method are used. The number of atoms can be measured more easily by using.
  • 60 is a condenser lens
  • 61 and 62 are mirrors and a wave plate for an optical trap.
  • the flow rate of the atomic beam shown in Fig. 5 is as follows: the atomic beam 52 is set to 0, and the moment when the atomic beam 52 is flown after the disappearance of the low-temperature atomic group 55 is set to time 0. Is measured by the photodiode 58.
  • the atomic beam flow rate shown in FIG. 5 is obtained from the number of atoms of the low-temperature atomic group 55 trapped in the magneto-optical trap of the vacuum layer 54, and therefore, the total number of atoms contained in the atomic beam 52 is Is not trapped, so this result gives a lower limit for the flow rate of the atomic beam 52.
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining an embodiment of the slow atom beam generating method.
  • the atomic beam generator 40 has a configuration in which a laser beam Lp for pushing out the atoms of the low-temperature atomic group 41 is arranged in the configuration of the atomic beam generator 10 shown in FIG. .
  • the laser beam Lp is disposed so as to coincide with the central axis of the transport tube 42, and irradiates from the opposite side of the transport tube 42 across the low-temperature atomic group 41.
  • the wavelength of the laser beam L p is selected to be a wavelength that resonates with the atoms of the low-temperature atomic group 41.
  • a laser beam having a wavelength of 78 O nm is used.
  • FIG. 8 is an example of an image taken by a CCD camera when the atomic beam flow rate is adjusted by the atomic beam generator 40 shown in FIG.
  • a laser beam L p (wavelength 78 O nm) that resonates with the R b atom is narrowed down and irradiated from above. It can be seen that a hole is formed in the center of the low-temperature atomic group 41, and atoms are jetted thinly under the hole, and are extruded into the shaded region 43.
  • FIG. 9 is an example of the result of measuring the atomic beam flow rate in the state shown in FIG.
  • the flow rate was measured in the same manner as in FIG.
  • the flow rate at this time is 3.7 ⁇ 10 8 pieces / sec, and a high flow rate is obtained.
  • the method and apparatus for generating an atomic beam of the present invention in each of the intersection regions of two or more sets of laser beams having two laser beams traveling in opposite directions, By blocking a part of one laser beam that travels in a specific direction of light and creating a shadow of this laser beam, a force that pushes the atom in a specific direction in the shadow area generates an atom. Since the beam is generated and the shadow is created by the tube that transports the atom beam, the atom beam can be generated with high efficiency.
  • this method and apparatus for generating an atomic beam does not include a mirror in the vacuum apparatus, so that the vacuum apparatus can be easily configured.
  • the mirror is not contaminated by atoms, and the atomic beam can be efficiently emitted. Can be taken out.
  • the method and apparatus for generating an atomic beam of the present invention do not employ a method in which the internal state of an atom is changed and taken out, so that an atomic beam can be generated for many types of atoms.
  • the distance between the low-temperature atomic group trapped by magneto-optical trapping and the transport tube can be changed by magnetic means or optical means. Flow rate can be adjusted.
  • the atomic beam generating method and apparatus according to the present invention can be applied to various technical fields such as high-angle spectroscopy, frequency standards, atomic wave interferometers, atomic condensation generation, atomic beam lithography, and surface inspection using atomic beams. It can be used effectively as an atomic beam source.

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Description

明 細 書 原子ビーム発生方法及び装置 技術分野
この発明は、 低速原子ビームを発生させるための原子ビーム発生方法及び装置 に関するものである。 背景技術
従来、 原子ビームを発生させる方式として、 高圧または高温の原子を真空中に 射出する方式と、 レーザ冷却技術の一つである磁気光学トラップを利用する方式 がある。
真空中に射出する方式は、 室温で固体の原子の場合、 オーブンを使用して高温 に熱する必要があり、 この射出方式で得られる原子ビームの平均速度は、 約数百 m/秒と高速であり、 速度分布の拡がりも大きい。
これに対して、 磁気光学トラップを利用する方式では数 cm/秒と低速の原子 ビームを発生させることが可能である。
磁気光学トラップは、 レーザ光を利用したドップラー冷却技術と、 四重極磁場 による原子準位のゼーマンシフトで生ずる中心力を組み合わせることにより、 低 温 （約 1マイクロケルビン） の低温原子集団を生成する技術である （Phys. Rev. Le t t. 59, 2631 (1987) E. L. Raab e t a 1 . ；応用物理、 60, 864 (1991) 清水富士夫） 。 また、 ドップラー冷却 法は、 原子の共鳴周波数よりも僅かに低い周波数のレーザ光を 6方向または 4方 向から原子に向かって照射し、 レーザ光に向かって運動する原子の吸収確率がド ップラーシフトにより増加することを利用して、 三次元的な冷却を行なう方法で ある （Phy. Rev. Le t t. 55, 48 ( 1985) S. Chu e t a l. ) 。
磁気光学トラップ中の原子は、 上記のように 100マイクロケルビン程度まで 冷却されているので、 磁気トラップ中の原子を有効に取り出すことにより、 低速 の原子ビームを発生することができる。 このような中で、 穴開きの鏡を使用して 一本の冷却用レーザビームに影を作って取り出す方法 （Phy. Rev. Let t 775 3331 (1996) Z. T. Lu e t al) と、 原子の内部状態 を変化させてトラヅプから取り出す方法 （Nature, 380, 691 (19 96) J. Fuj i t a e t a 1 ) が、 既に実現されている。
図 10は、 穴開きの鏡を使用して一本の冷却用レーザビームに影を作って取り 出す従来方法を説明するための模式図である。
図 10において、 70、 71は真空槽であり、 73、 74は磁気光学トラヅプ によって保持されている低温原子集団である。 7a, 7b, 7 c, 7(1及び76 , 7 f , 7 g, 7 hは、 原子を 3次元的にトラヅプし、 かつドヅブラ一冷却して 低温原子集団 73及び 74を形成及び保持するためのレーザビームである。 Ί 2 はレーザビーム 7 bを反射するための鏡であり、 この鏡 72の中心部分には、 穴 75が設けられている。 この穴 75によって、 低温原子集団 73を照射するレ一 ザビーム 7bに陰ができ、 この陰の部分に位置する低温原子集団 73の原子は、 図 10において下方向の力を受けるので、 原子ビーム 76が発生し、 この原子ビ —ム 76は、 穴 75及び輸送管 77を通過して低温原子集団 74に輸送される。 図 10は、 穴開きの鏡を使用して一本の冷却用レーザビームに影を作って取り 出す従来方法を説明するための模式図である。
しかしながら、 穴開きの鏡を使用して一本の冷却用レーザビームに影を作って 取り出す方法で、 原子ビームを利用可能な状態で取り出すには、 上記鏡を真空装 置内に組み込む必要がある （Phys. Rev. A58， 389 1 ( 1998) 参照） 。 このため、 真空装置が複雑化するとともに、 鏡が汚染されるなどの問題 がある。 また、 発生した原子ビームの速度方向に広がりがあるため、 原子ビーム の一部は鏡で遮られる結果、 発生した原子ビームを有効に取り出すことができな い。
もう一つの方法である原子の内部状態を変化させる方法は、 トラップするため のレーザ光とは波長の異なる別のレーザ光を原子に照射して、 トラップのための レ一ザ光を吸収しないエネルギー準位に原子を遷移させることにより、 原子をト ラップから取り出すようにしたものである。 このため、 適用可能な原子種は、 トラップするためのレーザ光を吸収しない適 当なエネルギー準位を持つものに限られる。 また、 トラップから取り出すための レーザ光を吸収した原子の一部は、 利用不可能なエネルギー準位に遷移してしま うので、 利用可能な取り出し効率が低くなる （P h y . R e v . A 4 6 , R 1 7 ， （ 1 9 9 2 ) ) 。
また、 原子ビームは、 高分解能分光、 周波数標準、 原子波干渉計、 原子のボー ズ凝縮生成、 原子線リソグラフィー、 原子線による表面検査など様々な技術分野 に必要なものであるが、 このような分野に応用するためには、 原子ビームの流量 を制御することが必要不可欠である。 しかしながら、 従来法においては、 原子ビ —ムの流量を制御することは難しかった。
本発明は、 以上の点にかんがみ、 真空装置が簡単で、 取出し効率が高く、 流量 の調整が可能であると共に、 多くの原子種に対して原子ビームの発生が可能な、 原子ビーム発生方法及び装置を提供することを目的としている。 発明の開示
上記目的を達成するために、 請求の範囲第 1項に記載の発明は、 レーザ冷却を 利用して形成した低温原子集団より原子を取り出して原子ビームを生成する原子 ビームの発生方法において、 互いに進行方向が逆のレーザビーム 2本を有する 2 組以上のレーザ光の交差領域において、 各レーザ光の組の内の特定の方向に進行 する 1本のレ一ザビームの一部を遮ってこのレーザビームの陰を作ることにより 、 この陰の領域で原子を特定の方向に押す力を生じさせて原子ビームを発生させ るようにしたものである。
また、 請求の範囲第 2項に記載した原子ビームの発生方法は、 レーザビームの 陰を、 原子ビームを輸送する管によりレーザビームの一部を遮ぎることによって 作るようにしている。
これらの方法によれば、 原子を押す力が強いので取り出し効率が高く、 また、 有効に原子ビームを発生することができる。 また、 原子の内部状態を使用しない ので、 ほぼ全ての原子種に適用できる。 さらに、 鏡を真空装置に入れる必要がな いので、 真空装置が簡単であり、 また、 鏡が原子に汚染される心配もない。 請求の範囲第 3項に記載の原子ビームの発生方法は、 低温原子集団の位置を磁 界を印加して変ィ匕させ低温原子集団と原子ビームを輸送する管の上端との距離を 変えることにより、 原子ビームを輸送する管が輸送する原子ビームの流量を調整 するようにしている。
また請求の範囲第 4項に記載の方法は、 低温原子集団に他のレーザビームを照 射することによって、 低温原子集団の原子をレ一ザビームの陰に押しゃることに より、 原子ビームの流量を調整するものである。
さらに、 請求の範囲第 5項に記載の方法は、 他のレーザビームの波長が、 低温 原子集団の原子に共鳴する波長であることを特徴としている。
これらの方法によれば、 原子ビームの流量を調整することができる。
請求の範囲第 6項に記載の発明は、 レーザ冷却を利用して形成した低温原子集 団より原子を取り出して原子ビームを生成する原子ビーム発生装置であって、 互 いに進行方向が逆のレ一ザビーム 2本を有する 2組以上のレーザ光の交差領域に おいて、 各レーザ光の組の内の特定の方向に進行する 1本のレーザビームの一部 を遮ってこのレーザビームの陰を作ることにより、 この陰の領域で原子を特定の 方向に押す力を生じさせて上記原子ビームを発生させるようにしたことを特徴と している。
また、 請求の範囲第 7項に記載の原子ビーム発生装置は、 原子ビームを輸送す る管により、 レーザビームの一部を遮ぎり、 レーザビームの陰を形成するように している。
これらの装置によれば、 原子を押す力が強いので取り出し効率が高く、 また、 有効に原子ビームを発生することができる。 また、 原子の内部状態を使用しない ので、 ほぼ全ての原子種に適用できる。 さらに、 鏡を真空装置に入れる必要がな いので、 真空装置が簡単であり、 また、 鏡が原子に汚染される心配もない。 請求の範囲第 8項に記載の原子ビーム発生装置は、 低温原子集団の位置を磁界 を印加して変化させ、 低温原子集団と原子ビームを輸送する管の上端との距離を 変えることにより、 原子ビームを輸送する管が輸送する原子ビームの流量を調整 するようにしている。
また、 請求の範囲第 9項に記載の原子ビーム発生装置は、 低温原子集団に他の レーザビームを照射することによって、 低温原子集団の原子をレーザビームの陰 に押しやることにより、 原子ビームの流量を調整するものである。
さらに、 請求の範囲第 1 0項に記載の原子ビーム発生装置は、 他のレーザビ一 ムの波長が低温原子集団の原子に共鳴する波長としたことを特徴としている。 図面の簡単な説明
本発明は、 以下の詳細な説明及び本発明の実施例を示す添付図面によって、 よ りょく理解されるものとなろう。 なお、 添付図面に示す実施例は、 本発明を特定 することを意図するものではなく、 単に本発明の説明及び理解を容易にするため のものである。
図中、
図 1は、 本発明の原子ビーム発生方法の実施形態を示す模式図である。
図 2は、 本発明の原子ビーム発生装置を利用して、 R b (ルビジウム）原子気 体のボース ·アインシュ夕イン凝縮を実現した二重磁気光学トラップ装置の構成 を示す模式図である。
図 3は、 本発明に係る原子ビーム発生装置の他の実施の形態を説明するための 模式図である。
図 4は、 図 2に示す原子ビーム発生装置を使用して、 原子ビームの流量を調整 したときの様子を C C Dカメラで撮影した画像の一例である。
図 5は、 図 4のそれそれの状態において、 原子ビームの流量を測定した結果の —例である。
図 6は、 図 5に示す原子ビーム発生方法において、 原子ビームの流量測定方法 を説明するための模式図である。
図 7は、 本発明の原子ビーム発生方法のさらに他の実施の形態を説明するため の模式図である。
図 8は、 図 7に示した原子ビーム発生装置により、 原子ビームの流量を調節し たときの様子を C C Dカメラで撮影した画像の一例である。
図 9は、 図 8の状態で原子ビームの流量を測定した結果の一例である。
図 1 0は、 穴開きの鏡を使用して一本の冷却用レーザビームに影を作って取り 出す従来方法を説明するための模式図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の原子ビーム発生方法及び装置における最良な実施例を図面を参 照して詳細に説明する。
図 1は、 本発明に係る原子ビーム発生方法の実施の形態を説明するための模式 図である。
図 1において、 原子ビーム発生装置 1 0は、 真空槽 1 1と、 真空槽 1 1の外側 に配設された 2つのレ一ザ光源 （図示せず） と、 真空容器 1 1の外側に配設され た鏡 1 2 a , 1 2 bとによって形成されるレ一ザ光 1 3 a , 1 3 bと、 真空槽 1 1内に配設された、 低温原子を取り出すための輸送管 1 4を有している。
真空槽 1 1は、 図 1では表示しないが、 原子を供給するためのアンプル 2 5 ( 図 2に図示） を備えており、 また、 図 1の紙面に垂直方向に、 かつ、 レーザ光 1 3 a , 1 3 bの交差領域 1 5に交差するように配置した第 3のレーザ光を有して いる。
レーザ光 1 3 aは、 図 1において、 左上から右下に向かって進行するレーザビ ーム L 1と、 真空槽 1 1を通過した後、 レーザビーム L 1に対して垂直に配置さ れた鏡 1 2 aにより反射され逆向きに進行するレーザビーム L 1 aとから成る。 また、 レーザ光 1 3 bは、 図 1において、 右上から左下に向かって進行するレ 一ザビーム L 2と、 真空槽 1 1を通過した後、 レーザビーム L 2に対して垂直に 配置された鏡 1 2 bにより反射され逆向きに進行するレーザビーム L 2 bとから 成る。
さらに、 図示しない第三のレーザ光も、 真空槽 1 1内を進行するレーザビーム と、 真空槽 1 1を通過した後、 第三のレーザビームに対して垂直に配置した第三 の鏡により反射され逆向きに進行するレ一ザビームとから成る。
このようにして、 互いに進行方向が逆な 2本のレーザビームを有する 3組のレ —ザ光が、 交差領域 1 5で交差している。
輸送管 1 4は低速原子ビームを取り出すための管であり、 輸送管 1 4は、 図 1 に示すように、 その上端が、 レーザビーム L 1と L 2の一部を遮断する位置に配 設されている。 これにより、 輸送管 1 4の上端によって遮られた一部のレーザビ ーム L 1 aと L 2 bは存在せず、 レーザビーム L 1と L 2、 または、 L 1とL 2 のどちらか一方のみが存在する領域、 すなわち、 レーザビームの影の領域 1 6が 形成される。
さらに、 図 1には表示しないが、 原子ビーム発生装置 1 0は、 真空槽 1 1内に 、 レーザビームの交差領域 1 5を包むように磁気トラップを形成するためのコィ ル、 すなわち、 中心位置で磁場の強さがゼロであり、 中心位置から離れるに従つ て磁場の強さが大きくなるようにした四重極磁場を生成するためのコイル （図 3 において、 符号 3 1で示している。 ） 、 および、 真空槽 1 1の外に、 レーザビー ムの偏光を適切に制御するための波長板 （図示せず） が配設されている。
つぎに、 図 1に示した本発明の原子ビーム発生方法の実施の形態を、 原子ビー ム発生装置 1 0を引用して説明する。
先ず、 真空槽 1 1内に、 原子を供給するためのアンプルから原子を供給し、 所 定の真空度に保つ。 つぎに、 レーザビーム L I , L 2を出射すると共に、 磁気ト ラップを動作させる。
これによつて、 レーザビーム L l， L 2及び第 3のレーザビームと、 鏡 1 2 a , 1 2 b及び第 3の鏡で反射されたレーザビーム L 1 a、 L 2 b、 及び第 3の反 射レーザビームの、 合計 6本のレ一ザビームが ± x、 ± y、 土 zの軸方向から交 差領域 1 5を照射する。 交差領域 1 5に存在する原子は、 どちらの方向に動いて も対向して進行してくるこれらのレ一ザビームと衝突して押し戻されて閉じ込め られると共に、 ドッブラ一冷却され、 低温原子集団 1 7を形成する。 磁気トラッ プを加えることによって、 閉じ込め効果をさらに高くし、 低温原子集団 1 7が形 成され易くしている。 このように光学的にかつ磁気的に原子を閉じ込める方法は 、 磁気光学トラップと呼ばれている。
すなわち、 交差領域 1 5に存在する原子は、 磁気光学トラップによって閉じ込 められ、 かつ、 ドップラー冷却されて温度が下がり、 低温原子集団 1 7を形成す る
この低温原子集団 1 7の原子の内、 レーザビームの影の領域 1 6に至った原子 は、 この領域にはレーザビーム L 1と L 2、 または、 L 1と L 2のどちらか一方 のみが存在することから、 レーザビーム L1と L2、 または、 ]^1と 2の進行 方向によって定まる特定の方向に押し出される。 図 1の場合について示せば、 原 子は、 輸送管 14内を下方に向かって押し出され、 原子ビーム 18 (図 1に矢印 で示す） が発生する。
レーザビームの影の領域 16は、 輸送管 14の真上に、 かつレーザビームの影 の領域 16の一部が輸送管 14の内部に進入して形成されるので、 押し出される 原子の速度方向に広がりがあっても、 押し出される原子のほとんどは輸送管 14 に取り込まれる。 したがって、 有効に原子を取り出すことができ、 高い効率で低 速原子ビーム 18を発生させることができる。
本発明の原子ビーム発生方法は、 このようにして、 効率よく原子ビームを発生 させることができる。
また、 鏡 12 a, 12 b及び図示しない第三の鏡は、 それそれ真空槽 11の外 側に配設されているので、 真空装置が簡単であり、 また、 真空槽 11内で鏡が原 子によって汚染されてしまうことはない。
また、 原子の内部状態を利用せずに、 原子ビームを発生させることができるの で、 ほぼ全ての原子種に対して原子ビームを取り出すことが可能である。
つぎに、 上記した原子ビーム発生方法の実施例を説明する。
図 2は、 図 1に示した本発明の原子ビーム発生装置 10を利用して、 Rb (ル ビジゥム） 原子気体のボース ·アインシュタイン凝縮 （Science, 269 , 198 (1995) M. H. Anderson e t a 1. ；レ一ザ研究， 28, 147 (2000)鳥井寿夫） を実現した二重磁気光学トラップ装置の構 成を示す模式図である。
図 2において、 二重磁気光学トラヅプ装置 20は、 二つの真空槽 21， 22と これらを接続する輸送管 23とを有している。
上方の真空槽 21内の磁気光学トラップの構成は、 図 1に示した本発明の原子 ビーム発生装置 10と同じ構成であり、 排気速度 20リヅトル/秒のイオンボン プ 24と、 Rb (ルビジユウム） アンプル 25を有している。
輸送管 23は、 図 1における輸送管 14と機能上同じものであり、 この例の場 合、 上端の直径 4mm、 下端の直径 12mm、 長さ 62 mmのテーパー形状を有 している。
下方の真空槽 2 2は、 輸送管 2 3を介して上方の真空槽 2 1と連結しており、 真空槽 2 2を 1 0— 1 1 T o r rの真空度に保つことができる排気速度 1 5 0リツ トル g D T iサブリメーシヨンポンプ 2 6を有しており、 また、 真空槽 2 2は 、 真空槽 2 1と同様な磁気光学トラップを備えている。
このような構成の二重磁気光学トラヅプ装置 2 0によれば、 R bアンプル 2 5 から R bを供給して、 1 0— 8 T o r rの R b原子から成るバヅクグラウンドガス 雰囲気を形成することにより、 上方の真空槽 2 1の磁気光学トラップに、 1秒以 内に 1 0 8 個の R b原子から成る低温原子集団 2 7を作ることができる。 この低 温原子集団 2 7の R b原子は、 本発明の原子ビーム発生方法によって、 高い効率 で輸送管 2 3に押し込まれ、 原子ビームとなって下方の真空槽 2 2の磁気光学ト ラップに輸送され、 低温原子集団 2 8を形成する。
下方の真空槽 2 2の真空度は、 1 0— 1 1 T o r rと非常に高いため、 下方の真 空槽 2 2の磁気光学トラップに輸送された R b低温原子集団 2 8は寿命が長く、 約 1 0分間存在することができる。
このように、 本発明の原子ビーム発生方法を利用することによって、 R b原子 気体のボース ·アインシュ夕イン凝縮を長時間実現することができた。
つぎに、 この発明に係る原子ビーム発生方法の他の実施の形態について説明す る o
図 3は原子ビーム発生方法の他の実施の形態を説明するための模式図である。 図 3において、 原子ビーム発生装置 3 0は、 図 1に示した原子ビーム発生装置 1 0の構成に、 位置調整用コイル 3 2を付加した構成である。
四重極磁場発生用コイル 3 1が形成する磁場は、 レーザ光の交差領域 1 5 (図 1参照） 内の 1点で磁場が零であり、 この点より離れるに従って磁場が強くなる ような磁場であるが、 位置調整用コイル 3 2は、 位置調整用コイル 3 2に電流を 流し、 四重極磁場に磁場を重畳することによって、 磁場がゼロの位置を移動する ことができる。 低温原子集団 3 3は、 磁場がゼロの位置を中心に磁気トラヅプさ れているから、 位置調整用コイル 3 2に流す電流を調節することにより、 磁場が ゼロの位置を調節して、 低温原子集団 3 3と輸送管 3 4の上端との距離を調整す ることができる。
低温原子集団 3 3を輸送管 3 4の上端により接近させると、 低温原子集団 3 3 が、 よりレーザビームの陰の領域 1 6 (図 1参照） に入り込み、 したがって、 よ り多くの低温原子が輸送管 3 4内に押し出されて、 より多くの原子ビームが発生 する。 このようにして、 請求の範囲第 3項に記載の原子ビーム発生方法によれば 、 位置調整用コイル 3 2に流す電流を調整することにより、 原子ビームの流量を 調整することができる。
なお、 図 3においては、 位置調整用コイル 3 2は一個のみ設けられているが、 これに限らず、 レ一ザビーム L l， L 2の交差領域 1 5 (図 1参照） を包囲する ような 2個のコイルにより構成されていてもよい。
つぎに、 上記図 3に示した原子ビーム発生方法の実施例を説明する。
図 4は、 図 3で示した原子ビーム発生装置 3◦を使用して、 原子ビームの流量 を調整したときの様子を C C Dカメラで撮影した画像の一例である。 磁気光学ト ラヅプされた R b原子の低温原子集団は、 蛍光を発するので、 C C Dカメラで撮 影することができる。
図 4 (A) は位置調整用コイル 3 2に電流を流さなかったときの画像である。 なすびのような形をして白く見えるのが R bの低温原子集団 3 3である。
磁場の強さが零になる点は、 低温原子集団 3 3の上部にある。 これは、 上向き のレ一ザビーム L l a、 L 2 bは、 鏡 1 2 a、 1 2 b等の損失により、 下向きの レーザビーム L l、 L 2よりも強度が小さくなるためである。 その下に見える管 が輸送管 3 4である。 図 4 (B ) は、 位置調整用コイル 3 2に電流を流したとき の様子であり、 磁場の零点が下方にに移動しているのがわかるが、 同時に、 低温 原子集団 3 3がレーザビームの陰の領域 1 6に入り込んで、 原子が輸送管 3 4に 取り込まれているために、 低温原子集団 3 3が小さくなつていることがわかる。 図 4 ( C) は、 さらに位置調整用コイル 3 2の電流を増やしたときの様子である が、 低温原子集団 3 3がさらに小さくなつている。
図 5は、 図 4のそれそれの状態において、 原子ビームの流量を測定した結果の 一例である。
最初に、 原子ビームの流量測定方法について図 6を用いて説明する。 図 6に原 子ビームの流量測定方法を説明するための模式図を示す。 この図 6は、 図 2に示 した二重磁気光学トラップ装置 2 0と同様の装置を用いて上方の真空槽 5 1で形 成した低温原子集団から原子ビーム 5 2を形成し、 輸送管 5 3を介して、 下方の 真空槽 5 4の磁気光学トラップに輸送し、 低温原子集団 5 5を形成した状態を示 している。
低温原子集団 5 5中の原子は、 原子に共鳴するプローブレーザ光 5 6を吸収し 、 その吸収量は、 低温原子集団 5 5中の原子数に比例するから、 C C Dカメラで 測定した吸収量を、 原子 1個あたりの吸収量で較正することにより、 原子数を求 めることができる。 また、 低 子集団 5 5は蛍光 5 7を発光し、 その蛍光強度 は原子数に比例するから、 フォトダイオード 5 8を用いて測定した蛍光強度とあ らかじめ吸収法から求めた較正値を使用してより簡便に原子数を測定することが できる。
なお、 6 0は集光用レンズであり、 6 1 , 6 2は光学トラップ用の鏡及び波長 板である。
図 5に示した原子ビームの流量は、 原子ビーム 5 2を 0にし、 かつ、 低温原子 集団 5 5が消失した後、 原子ビーム 5 2を流した瞬間を時刻 0として、 その後の 原子数の変化をフォトダイオード 5 8により測定して得たものである。
図 5に示した原子ビームの流量は、 真空層 5 4の磁気光学トラヅプにトラップ されている低温原子集団 5 5の原子数から求めたものであり、 したがって、 原子 ビーム 5 2に含まれる全原子がトラップされるわけではないので、 この結果は原 子ビーム 5 2の流量の下限値を与えるものである。
図 3に示す位置調整用コイル 3 2に電流を流さず、 低温原子集団 3 3が上方に ある状態 （図 4 ( A) の状態） のときの原子ビームの流量は、 1 . O X 1 0 7 個 /秒であった。 一方、 位置調整用コイル 3 2に電流を流し、 低温原子集団 3 3が 中央付近にある状態 （図 4 ( B ) の状態） のときの原子ビームの流量は、 1 . 5 X 1 0 7 個/秒であった。 更に電流値を増やし、 低温原子集団 3 3が下方にある 状態 （図 4 ( C ) の状態） のときの原子ビニムの流量は、 3 . 3 X 1 0 7 個/秒 であった。 このように、 上方の真空層 2 1の磁気光学トラップがほとんど壊れて しまうくらい低温原子集団 3 3を下方に押したときに最も原子ビームの流量が大 きくなる。
つぎに、 本発明による低速原子ビーム発生方法のさらに他の実施の形態を説明 する。
図 7はこの低速原子ビーム発生方法の実施の形態を説明するための模式図であ る。 図 7において、 原子ビーム発生装置 4 0は、 図 1に示した原子ビーム発生装 置 1 0の構成に、 低温原子集団 4 1の原子を押し出すためのレーザビーム L pを 配設した構成である。
このレ一ザビーム L pは、 輸送管 4 2の中心軸に一致するように配設され、 か つ、 低温原子集団 4 1をはさんで、 輸送管 4 2の反対側から照射する。 レーザビ —ム L pの波長は、 低温原子集団 4 1の原子に共鳴する波長に選ばれる。 例えば 、 R b原子の場合は、 7 8 O nmの波長を有するレーザ光を使用する。
レーザビーム L pを低温原子集団 4 1に照射すると、 低温原子集団 4 1の原子 の内、 レ一ザビーム L pに照射された部分の原子が、 レーザビームの陰の領域 4 3に押し出され、 輸送管 4 2に原子ビーム 4 4が発生する。
つぎに、 本発明による上記低速原子ビーム発生方法の実施例を示す。
図 8は、 図 7に示した原子ビーム発生装置 4 0により、 原子ビームの流量を調 節したときの様子を C C Dカメラで撮影した画像の一例である。 上方から R b原 子に共鳴するレーザビーム L p (波長 7 8 O nm) を細く絞って照射している。 低温原子集団 4 1の中央に穴があき、 その下に原子がジエツト状に細く噴出し、 陰の領域 4 3に押し出されていることがわかる。
図 9は、 図 8に示した状態で原子ビームの流量を測定した結果の一例である。 流量は図 5の場合と同様にして測定した。 このときの流量は、 3 . 7 X 1 0 8 個 /秒であり、 高流量が得られている。
なお、 以上の説明においては、 本発明を例示的な実施例について説明したもの であり、 本発明の要旨及び範囲を逸脱することなく、 実施例での種々の変更、 省 略、 追加が可能である。 従って本発明は実施例に限定されるものではなく、 特許 請求の範囲に記載された要素によって規定される範囲及びその均等範囲を包含す るものとして理 されなければならない。 産業上の利用可能性
以上の説明から理解されるように、 本発明の原子ビーム発生方法及び装置によ れば、 互いに進行方向が逆のレーザビーム 2本を有する 2組以上のレーザ光の交 差領域において、 各レーザ光の内の特定の方向に進行する 1本のレーザビームの 一部を遮ってこのレーザビームの陰を作ることにより、 この陰の領域で原子を特 定の方向に押す力を生じさせて原子ビームを発生させており、 かつ、 この陰は、 原子ビームを輸送する管により作っているので、 高効率に原子ビームを発生させ ることができる。
また、 この原子ビーム発生方法及び装置は、 鏡を真空装置内に含まないため真 空装置を簡単に構成することができ、 また、 鏡が原子によって汚染されることが 無く、 原子ビームを高効率に取り出すことができる。
さらに、 本発明の原子ビーム発生方法及び装置は、 原子の内部状態を変化させ て取り出す方式を採っていないので、 多くの原子種に対して原子ビームの発生が 可能である。
さらに、 本発明の他の原子ビーム発生方法及び装置によれば、 磁気的手段又は 光学的手段によって、 磁気光学トラップされた低温原子集団と輸送管との距離を 変化させることができるので、 原子ビームの流量を調節できる。
したがって、 これらの本発明の原子ビーム発生方法及び装置は、 高分角军能分光 、 周波数標準、 原子波干渉計、 原子のポーズ凝縮生成、 原子線リソグラフィー、 原子線による表面検査など様々な技術分野の原子ビーム源として有効に使用する ことができる。

Claims

請求の範囲 . レ一ザ冷却を利用して形成した低温原子集団より原子を取り出して原子ビー ムを生成する原子ビーム発生方法であって、 互いに進行方向が逆のレーザビー ム 2本を有する 2組以上のレーザ光の交差領域において、 各レ一ザ光の組の内 の特定の方向に進行する 1本のレ一ザビームの一部を遮ってこのレ一ザビーム の陰を作ることにより、 この陰の領域で原子を特定の方向に押す力を生じさせ て上記原子ビームを発生させることを特徴とする原子ビーム発生方法。 . 前記レーザビームの陰は、 前記原子ビームを輸送する管により前記レ一ザビ —ムの一部を遮ぎることによって作ることを特徴とする、 請求の範囲第 1項に 記載の原子ビーム発生方法。 . 前記低温原子集団の位置を磁界を印加して変化させ、 上記低温原子集団と前 記原子ビームを輸送する管の上端との距離を変えることにより、 上記原子ビー ムを輸送する管が輸送する前記原子ビームの流量を調整することを特徴とする 、 請求の範囲第 2項に記載の原子ビーム発生方法。 . 前記低温原子集団に他のレーザビームを照射して、 上記低温原子集団の原子 を前記レーザビームの陰に押しやることにより、 前記原子ビームの流量を調整 することを特徴とする、 請求の範囲第 2項に記載の原子ビーム発生方法。 . 前記他のレーザビームの波長は、 前記低温原子集団の原子に共鳴する波長で あることを特徴とする、 請求の範囲第 4項に記載の原子ビーム発生方法。 . レーザ冷却を利用して形成した低温原子集団より原子を取り出して原子ビー ムを生成する原子ビーム発生装置であって、 互いに進行方向が逆のレーザビー ム 2本を有する 2組以上のレーザ光の交差領域において、 各レーザ光の組の内 の特定の方向に進行する 1本のレーザビームの一部を遮ってこのレーザビーム の陰を作ることにより、 この陰の領域で原子を特定の方向に押す力を生じさせ て上記原子ビームを発生させることを特徴とする原子ビーム発生装置。 . 前記レーザビームの陰は、 前記原子ビームを輸送する管により前記レーザビ ームの一部を遮ぎることによって作られることを特徴とする、 請求の範囲第 6 項に記載の原子ビーム発生装置。 . 前記低温原子集団の位置を磁界を印加して変化させ、 上記低温原子集団と前 記原子ビームを輸送する管の上端との距離を変えることにより、 上記原子ビー ムを輸送する管が輸送する前記原子ビームの流量を調整することを特徴とする 、 請求の範囲第 7項に記載の原子ビーム発生装置。 . 前記低温原子集団に他のレーザビームを照射して、 上記低温原子集団の原子 を前記レーザビームの陰に押しやることにより、 前記原子ビームの流量を調整 することを特徴とする、 請求の範囲第 7項に記載の原子ビーム発生装置。 0 . 前記他のレーザビームの波長は、 前記低温原子集団の原子に共鳴する波長 であることを特徴とする、 請求の範囲第 9項に記載の原子ビーム発生装置。
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