1.一种基于光学超表面的循环光路原子气室结构,包括原子气室(1),原子气室(1)包括气室壁(101)和腔室(102),所述腔室(102)为真空环境,且腔室(102)内填充有碱金属原子蒸气;其特征在于,所述腔室(102)的两侧对称设置有具有相同结构的第一光学超表面结构(2)和第二光学超表面结构(3);所述原子气室(1)的两侧分别设置有探测光输入接口(4)和耦合光输入接口(5);所述气室壁(101)的内部设置有探测光路;所述探测光输入接口(4)与腔室(102)同轴设置;所述探测光路包括:探测光(12)通过探测光输入接口(4)射入气室壁(101),依次经过第一光学超表面结构(2)、碱金属原子蒸气和第二光学超表面结构(3)后射出原子气室(1);且探测光(12)垂直射向第一光学超表面结构(2)和第二光学超表面结构(3);所述气室壁(101)内嵌设有耦合循环光路结构;耦合光(13)通过耦合光输入接口(5)进入耦合循环光路,且耦合光输入接口(5)使耦合光(13)的入射角度与探测光(12)倾斜设置,耦合光(13)倾斜射向第二光学超表面结构(3),在第二光学超表面结构(3)的超材料单元的作用下出现折射,且耦合光(13)的入射角度和探测光(12)之间的角度与耦合光(13)的折射角度相同;耦合光(13)经过碱金属原子蒸气吸收后成为剩余耦合光(14),剩余耦合光(14)从第一光学超表面结构(2)射出同样出现折射,剩余耦合光(14)在耦合循环光路结构作用下与新进入气室壁(101)的耦合光(13)合束,构成耦合光(13)循环光路;所述耦合循环光路结构包括偏振分光镜(6)、半波片(7)和若干个介质膜反射镜;所述偏振分光镜(6)和半波片(7)均嵌设在气室壁(101)内;耦合光(13)通过耦合光输入接口(5)射入气室壁(101),依次经过偏振分光镜(6)、第二光学超表面结构(3)、碱金属原子蒸气和第一光学超表面结构(2),耦合光(13)经过碱金属原子蒸气吸收后成为剩余耦合光(14),剩余耦合光(14)从第一光学超表面结构(2)射出,在若干膜反射镜的作用下垂直射向半波片(7);剩余耦合光(14)经过半波片(7)后垂直于耦合光(13)的入射角度射向偏振分光镜(6);所述偏振分光镜(6)用于将剩余耦合光(14)与耦合光(13)进行合束后进入耦合循环光路;所述介质膜反射镜有两个,包括第一反射镜(8)和第二反射镜(9);所述剩余耦合光(14)依次经过第一反射镜(8)和第二反射镜(9)后射向半波片(7);所述第一反射镜(8)位于探测光输入接口(4)所在的原子气室(1)一侧;所述第二反射镜(9)位于原子气室(1)非探测光输入接口(4)或耦合光输入接口(5)所处的一侧;所述第二反射镜(9)所处侧壁与探测光输入接口(4)所处的侧壁之间倾斜设置,且倾斜角为 ;其中, 为剩余耦合光(14)射入第二反射镜(9)的入射角度; 为耦合光(13)射入第二光学超表面结构(3)的入射角度;且所述第二反射镜(9)与第二光学超表面结构(3)位于同一探测光(12)的垂线上;所述耦合光输入接口(5)距离探测光(12)的距离为 ;其中, f 为第二光学超表面结构(3)沿探测光(12)方向距离原子气室(1)外壁的长度;所述第一反射镜(8)与探测光(12)的距离 ;其中, a 为探测光光纤接口(401)距离第一光学超表面结构(2)的长度;所述探测光输入接口(4)沿所处侧壁方向距离第二反射镜(9)所处侧壁的长度为 ;所述第二反射镜(9)所处原子气室(1)侧壁的长度 ;其中, d 为腔室(102)在探测光(12)方向上的长度。
2.根据权利要求1所述的基于光学超表面的循环光路原子气室结构,其特征在于,所述探测光输入接口(4)包括探测光光纤接口(401)和第一梯析透镜(402);所述耦合光输入接口(5)包括耦合光光纤接口(501)和第二梯析透镜(502);且所述第一梯析透镜(402)和第二梯析透镜(502)均嵌设于气室壁(101)内。
3.根据权利要求1所述的基于光学超表面的循环光路原子气室结构,其特征在于,所述剩余耦合光(14)射入第二反射镜(9)的入射角度 。
4.根据权利要求1所述的基于光学超表面的循环光路原子气室结构,其特征在于,所述介质膜反射镜包括衬底材料(10),所述衬底材料(10)上覆有若干层反射膜组(11),所述反射膜组包括SiO 2 薄膜(111)和Nb 2 O 5 薄膜(112);所述SiO 2 薄膜(111)的一侧与Nb 2 O 5 薄膜(112)连接,SiO 2 薄膜(111)的另一侧与衬底材料(10)或相邻的反射膜组(11)的Nb 2 O 5 薄膜(112)连接。
5.根据权利要求4所述的基于光学超表面的循环光路原子气室结构,其特征在于,所述反射膜组(11)的层数p∈[5,9]。
6.根据权利要求4所述的基于光学超表面的循环光路原子气室结构,其特征在于,所述SiO 2 薄膜(111)的厚度为88.59nm,Nb 2 O 5 薄膜(112)的厚度为54.94nm;且SiO 2 薄膜(111)和Nb 2 O 5 薄膜(112)的光学厚度均为 ; 为耦合光(13)的波长。