基于多極線型Paul阱的汞離子微波鐘由于不依賴于龐大、笨重的激光系統(tǒng)使得它重量輕、體積小,并且具有穩(wěn)定度高、漂移率小等特點(diǎn),非常適合作為下一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和深空探測的星載原子鐘,具有較高的研究價值。采用基于Matlab的數(shù)值計算和基于Simion軟件的仿真模擬兩種方法分別研究和總結(jié)得到了十六極阱中汞離子囚禁的若干方面特征,并針對這些特征進(jìn)行了闡述和理論分析。研究結(jié)果為十六極阱中汞離子囚禁的穩(wěn)定電壓、離子運(yùn)動軌跡以及緩沖氣體對離子的冷卻等方面的系統(tǒng)性能優(yōu)化提供了指導(dǎo)。研究成果的應(yīng)用目標(biāo)是為從離子囚禁系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計角度提高微波鐘的性能指標(biāo)提供依據(jù),最終為實(shí)現(xiàn)窄線寬、高信噪比、高穩(wěn)定度的汞離子微波鐘提供理想的離子囚禁系統(tǒng)。

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【部分圖文】：

圖１十六極阱中第一穩(wěn)定區(qū)［］

式（６）進(jìn)行數(shù)值求解，得出汞離子囚禁穩(wěn)定區(qū)并對在十六極阱中的運(yùn)動特征進(jìn)行理論研究。此時，方程式（６）中的ｍ＝１９９×１．６７×１０－２７ｋｇ為汞離子質(zhì)量，ｑｅ＝１．６０２×１０－１９，Ｃ為汞離子所帶電量。另外，設(shè)置十六極阱中心（原點(diǎn)）到桿電極的距離ｒ０＝５．０ｍｍ。首先研究十六極....

圖３不同種類的緩沖氣體對離子冷卻的作用從圖可以看到以上類緩沖氣體對離子均有冷卻作用而且在離子運(yùn)動的各個方向均有冷卻特別是

ｑ＝８３ｑｅＶ０４ｍｒ２０Ω２。１．２．２緩沖氣體冷卻這里仍然采用四階龍科庫塔方法進(jìn)行數(shù)值求解，對緩沖氣體存在情況下的離子運(yùn)動進(jìn)行分析。首先研究不同種類的緩沖氣體對離子冷卻的作用。這里分析了Ω＝３．１４ＭＨｚ，Ｕ０＝－５Ｖ，Ｖ０＝１８０Ｖ即穩(wěn)態(tài)點(diǎn)時緩沖氣體壓強(qiáng)為４．０×１０－５Ｔ....

圖５氦氣在不同緩沖氣體溫度下對離子冷卻從圖５（ａ）中可以看到當(dāng)緩沖氣體溫度比較高時離子受到緩沖氣體的冷卻作用使得在不同小勢阱間穿

離子在多個勢阱中周期性穿梭，最終達(dá)到運(yùn)動軌跡周期性震蕩穩(wěn)定，此時離子穩(wěn)定運(yùn)動的空間范圍較大。然而當(dāng)沖入緩沖氣體時離子的運(yùn)動速度很快被減小，最終運(yùn)動狀態(tài)將趨于靜態(tài)穩(wěn)定即離子最終被囚禁在某一個小勢阱中，此時離子穩(wěn)定運(yùn)動的空間范圍較小。因此，在十六極阱中緩沖氣體起著減小粒子運(yùn)動速度和壓....

圖６氖氣在不同緩沖氣體溫度下對離子冷卻２仿真模擬

勢阱中。然而隨著溫度進(jìn)一步降低，離子將很快被囚禁在單一小勢阱中如圖５（ｂ）所示。從圖６中可以看到緩沖氣體的溫度越低對離子的冷卻作用越強(qiáng)，因為低溫度的緩沖氣體與囚禁離子發(fā)生碰撞，當(dāng)兩者之間達(dá)到熱平衡的穩(wěn)態(tài)后離子的溫度將會被降低，離子運(yùn)動的速度將會被減小。因此，溫度越低的緩沖氣體越能....

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