離子阱可以將離子長時間囚禁在一個較小的空間范圍內而不受外界干擾。激光多普勒冷卻被囚禁在離子阱中的離子可以將離子的平動溫度冷卻到mK甚至μK量級,并形成庫侖晶體。利用被庫侖晶體協(xié)同冷卻的冷分子離子的精密光譜直接測量基本物理常數(shù),是精密測量物理領域的前沿研究方向之一。本論文主要闡述了在分段線型離子阱中實現(xiàn)對離子的激光Doppler冷卻與協(xié)同冷卻,并形成庫侖晶體的研究內容。通過測量離子庫侖晶體的宏運動頻率研究了離子阱的幾何參數(shù);通過對鈣離子協(xié)同冷卻鈹離子所產生的雙組份庫侖晶體的研究,獲得混合離子庫侖晶體中離子的宏運動的變化規(guī)律。論文主要內容包括:1.設計和搭建了一個線型Paul離子阱系統(tǒng)。真空度為3.0×1010mbar。射頻源輸出電壓可從0 V～210 V連續(xù)可調,射頻頻率從3.0 MHz～4.2 MHz連續(xù)可調,直流源為12路獨立控制源,其幅值為-10 V～10 V,精度為1 mV。2.建立了電離鈣原子與冷卻鈣離子的激光系統(tǒng)。實現(xiàn)了對397 nm與866 nm激光器的穩(wěn)頻,頻率長期的不確定度分別為8.09E-10和8.21E-10。3.在線型Paul阱中利用冷卻激光實現(xiàn)了鈣離子的囚禁與冷...

【文章頁數(shù)】：112 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 引言
    1.1 質子電子質量比與HD⁺精密光譜
    1.2 離子阱與離子晶體對分子離子精密光譜的作用
第2章 囚禁與Doppler激光冷卻離子的關鍵技術
    2.1 離子阱
        2.1.1 分段線型離子阱
        2.1.2 分段線型離子阱中離子的運動
    2.2 Doppler激光冷卻
        2.2.1 Doppler激光冷卻兩能級粒子
        2.2.2 Doppler激光冷卻線型Paul阱中的⁴⁰Ca⁺離子
    2.3 離子晶體
        2.3.1 帶電等離子體的基本理論
        2.3.2 零溫度下帶電液體等離子體模型
    2.4 協(xié)同冷卻
        2.4.1 線型離子阱囚禁不同離子
        2.4.2 協(xié)同冷卻
第3章 實驗裝置與實驗方法
    3.1 超高真空系統(tǒng)
    3.2 離子阱系統(tǒng)
    3.3 離子阱電源系統(tǒng)
        3.3.1 離子阱射頻源
        3.3.2 離子阱端電壓源與補償電壓源
        3.3.3 直流交流耦合電路
    3.4 原子的產生
    3.5 激光系統(tǒng)
        3.5.1 電離激光
        3.5.2 冷卻激光
    3.6 熒光采集與成像系統(tǒng)
第4章 實驗結果與分析
    4.1 ⁴⁰Ca⁺離子的囚禁與冷卻
        4.1.1 離子阱徑向中心定位
        4.1.2 Ca原子的產生
        4.1.3 ⁴⁰Ca⁺離子的產生囚禁冷卻
        4.1.4 囚禁離子的一階相變
        4.1.5 附加微運動補償
    4.2 ⁴⁰Ca⁺離子晶體中的離子宏運動頻率測量
        4.2.1 ⁴⁰Ca⁺離子徑向宏運動頻率的測量
        4.2.2 ⁴⁰Ca⁺離子軸向宏運動頻率的測量
        4.2.3 晶體中離子的宏運動頻率與晶體形狀的關系
    4.3 離子阱幾何結構參數(shù)的確定
    4.4 雙組份庫侖晶體中離子宏運動頻率的研究
        4.4.1 ⁴⁰Ca⁺離子協(xié)同冷卻⁹Be⁺離子
        4.4.2 ⁴⁰Ca⁺-⁹Be⁺雙組份庫侖晶體中離子宏運動頻率的研究
第5章 總結與展望
參考文獻
致謝
作者簡歷及攻讀學位期間發(fā)表的學術論文與研究成果



本文編號：3822725