王靖斌，陈洁，王心亮，常宏



锶原子光钟磁光阱磁场及其控制电路设计

王靖斌1,2，陈洁1,2，王心亮1,3，常宏1,3

（1. 中国科学院国家授时中心，西安 710600；2. 中国科学院研究生院，北京 100039；3. 中国科学院时间频率基准重点实验室，西安 710600）

由于锶原子光钟两级冷却对磁光阱磁场有不同的要求，为减少磁场转换时原子的逃逸，需在短时间内以一定的时序控制变换磁场。对反赫姆霍兹线圈设计的一般理论进行了讨论，为锶原子光钟的两级冷却设计了相应的磁场，并制作了转换磁场的发生控制装置。该装置主要包括控制电路、保护电路2部分。测量得到通过线圈的电流受控于输入信号，符合实验要求。

锶原子光钟；磁光阱；磁场控制

1 反赫姆霍兹线圈设计

图1 反向赫姆霍兹线圈

实际应用时可以取反赫姆霍兹线圈产生磁场的一阶近似：

在设计反赫姆霍兹线圈时应该考虑到线圈的电感，它直接影响磁场的变化时间。在线圈半径远大于铜导线半径的情况下，匝环形线圈产生的电感可以用下式，即式（6），进行近似计算[6]：

由式（6）可见，在较大、较小的情况下电感较小。

实验中的磁场线圈由漆包铜线绕制而成，铜线半径＝1.0mm，线圈半径＝103mm，两组线圈之间的距离2＝164mm，线圈匝数＝430。在坐标系的原点处，当＝10A时，轴向磁场梯度为40G/cm，径向磁场梯度为-20G/cm，调节电流的大小可以改变磁场梯度大小。

2 二级冷却的时序要求

对于锶原子的二级冷却实验，689nm激光入射到磁光阱中时需要一定的时序控制，即由Blue MOT阶段过渡到Red MOT阶段，实验条件改变的先后顺序及其持续时间[2]。……