对分段线型离子阱及库仑晶体中离子宏运动的研究

发布时间：2023-05-25 02:07

　　离子阱可以将离子长时间囚禁在一个较小的空间范围内而不受外界干扰。激光多普勒冷却被囚禁在离子阱中的离子可以将离子的平动温度冷却到mK甚至μK量级,并形成库仑晶体。利用被库仑晶体协同冷却的冷分子离子的精密光谱直接测量基本物理常数,是精密测量物理领域的前沿研究方向之一。本论文主要阐述了在分段线型离子阱中实现对离子的激光Doppler冷却与协同冷却,并形成库仑晶体的研究内容。通过测量离子库仑晶体的宏运动频率研究了离子阱的几何参数;通过对钙离子协同冷却铍离子所产生的双组份库仑晶体的研究,获得混合离子库仑晶体中离子的宏运动的变化规律。论文主要内容包括:1.设计和搭建了一个线型Paul离子阱系统。真空度为3.0×1010mbar。射频源输出电压可从0 V～210 V连续可调,射频频率从3.0 MHz～4.2 MHz连续可调,直流源为12路独立控制源,其幅值为-10 V～10 V,精度为1 mV。2.建立了电离钙原子与冷却钙离子的激光系统。实现了对397 nm与866 nm激光器的稳频,频率长期的不确定度分别为8.09E-10和8.21E-10。3.在线型Paul阱中利用冷却激光实现了钙离子的囚禁与冷...

【文章页数】：112 页

【学位级别】：博士

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摘要
abstract
第1章 引言
    1.1 质子电子质量比与HD⁺精密光谱
    1.2 离子阱与离子晶体对分子离子精密光谱的作用
第2章 囚禁与Doppler激光冷却离子的关键技术
    2.1 离子阱
        2.1.1 分段线型离子阱
        2.1.2 分段线型离子阱中离子的运动
    2.2 Doppler激光冷却
        2.2.1 Doppler激光冷却两能级粒子
        2.2.2 Doppler激光冷却线型Paul阱中的⁴⁰Ca⁺离子
    2.3 离子晶体
        2.3.1 带电等离子体的基本理论
        2.3.2 零温度下带电液体等离子体模型
    2.4 协同冷却
        2.4.1 线型离子阱囚禁不同离子
        2.4.2 协同冷却
第3章 实验装置与实验方法
    3.1 超高真空系统
    3.2 离子阱系统
    3.3 离子阱电源系统
        3.3.1 离子阱射频源
        3.3.2 离子阱端电压源与补偿电压源
        3.3.3 直流交流耦合电路
    3.4 原子的产生
    3.5 激光系统
        3.5.1 电离激光
        3.5.2 冷却激光
    3.6 荧光采集与成像系统
第4章 实验结果与分析
    4.1 ⁴⁰Ca⁺离子的囚禁与冷却
        4.1.1 离子阱径向中心定位
        4.1.2 Ca原子的产生
        4.1.3 ⁴⁰Ca⁺离子的产生囚禁冷却
        4.1.4 囚禁离子的一阶相变
        4.1.5 附加微运动补偿
    4.2 ⁴⁰Ca⁺离子晶体中的离子宏运动频率测量
        4.2.1 ⁴⁰Ca⁺离子径向宏运动频率的测量
        4.2.2 ⁴⁰Ca⁺离子轴向宏运动频率的测量
        4.2.3 晶体中离子的宏运动频率与晶体形状的关系
    4.3 离子阱几何结构参数的确定
    4.4 双组份库仑晶体中离子宏运动频率的研究
        4.4.1 ⁴⁰Ca⁺离子协同冷却⁹Be⁺离子
        4.4.2 ⁴⁰Ca⁺-⁹Be⁺双组份库仑晶体中离子宏运动频率的研究
第5章 总结与展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3822725