本文關鍵詞：分段線形離子阱中鈣離子的囚禁與冷卻

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【摘要】：作為無量綱的基本物理常數(shù),質(zhì)子-電子質(zhì)量比(mp/me)與強相互作用耦合常數(shù)直接相關,其精確測定在檢驗粒子物理標準模型、宇宙物理學以及探索新物理方面具有重要意義。近年來,隨著原子激光冷卻、囚禁等技術的發(fā)展,原子分子光譜可以測量到極高的精度(Hz甚至亞Hz量級),為在低能(eV)領域高精度地驗證物理規(guī)律提供了新的途徑。由于帶電離子相比中性原子更易通過外電場操控和囚禁,在超高真空實驗環(huán)境下(≤10-10mbar),離子阱技術的應用可以使離子長時間的穩(wěn)定囚禁。而激光冷卻技術的發(fā)展和應用,使得囚禁場中離子的動能降低,離子的溫度冷卻到mK量級甚至μK量級,得到離子晶體,因此離子阱中囚禁和冷卻的離子體系常用于物理量的精密測量,量子信息處理,頻率標準等領域。本論文介紹了分段線形離子阱中Ca+離子的囚禁和激光Dopp1er冷卻的實現(xiàn),同時進一步測量了 Ca+離子晶體的相關屬性,包括宏運動頻率,空間密度等。主要包括以下幾方面的內(nèi)容:1.建立了一套用于離子囚禁實現(xiàn)的分段線形離子阱系統(tǒng),獲得的系統(tǒng)真空度為5×10-10mbar;2.搭建了實現(xiàn)鈣離子光電離、冷卻和熒光成像采集的激光光路系統(tǒng),同時利用LabView軟件編寫了一套基于精密波長計的激光器鎖頻系統(tǒng),實現(xiàn)了 397nm和866nm激光器的漂移抑制到5MHz以內(nèi)。3.設計并制作了實現(xiàn)離子徑向和軸向囚禁以及附加微運動抑制的射頻電源和直流電源,其中射頻電源輸出電壓Urf = 0～400V連續(xù)輸出,射頻頻率Ω=3.0 MHz～4.2 MHz連續(xù)可調(diào),兩路輸出電壓之差小于0.5%,頻率差小于2%,相位差180±0.5度。直流電源利用LabView軟件編寫電源控制程序,輸出12路獨立控制直流電壓,其幅值為-10V～10V,精度為1 mV。4.實現(xiàn)了分段線形離子阱中鈣離子的囚禁和激光Doppler冷卻,利用PMT和CMOS相機觀察到不同囚禁條件下離子晶體的熒光信號,獲得離子晶體的空間位置信息和結(jié)構信息。包括在1mV直流電源精度下實現(xiàn)離子晶體的三維操控,結(jié)合位置控制實現(xiàn)了離子附加微運動的抑制;利用直流電源清除"暗離子"獲得較純凈單組份離子晶體;通過離子宏運動共振激發(fā)實驗確定了離子阱的幾何結(jié)構因子,為進一步用于確定離子晶體中的離子種類做基礎;在不同囚禁勢場下得到離子晶體的空間密度和空間體積的變化。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院武漢物理與數(shù)學研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O562

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