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《中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所)》 2017年
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Hg离子微波频标中离子囚禁小型化电路的研究

万涌泉  
【摘要】:作为物理学和电子学高度结合的产物,离子阱微波原子频标是利用电场和磁场将离子束缚在很窄的空间区域里,这样囚禁离子除了束缚场外,很少受到外界的其他干扰,储存离子的设备称之为离子阱。汞离子微波频标是基于离子阱技术而发展起来的微波频标,将199Hg+作为频标工作物质具有诸多优点:离子被囚禁在Lamb-Dicke区,无一级多普勒效应;离子质量数大二级多普勒频移小;离子钟跃迁能级裂距大,约为40.5GHz,钟跃迁谱线Q值高,达到了 1012量级;钟跃迁能级对温度和磁场等环境变量不敏感等。此外汞离子微波频标采用202Hg+同位素光谱灯作为抽运光源,具有结构简单、可靠性好、可小型化等特点。实验室对汞离子微波频标的研究已进入小型化和工程化阶段,本论文主要对高性能汞离子微波频标中的囚禁离子小型化电路开展了研制,主要工作如下:1.设计了一种较低功耗的高压射频信号发生器,电路工作频率在1MHz左右,其输出峰峰值可调范围为100V-1710V可调,将其作为囚禁场应用于汞离子微波频标中,可实现汞离子的稳定囚禁。同时由于该电路具有效率高、体积小(76mm*68mm*58mm)、功耗小(3.36W)的优点,可满足汞离子微波频标小型化的工程需求。2.设计制作了温控低功耗原子炉,对离子阱中的原子炉温度进行了精确控制,并测量了相关电路的稳定性、温度的控制精度和离子阱中的Hg压变化情况得到了原子炉温控精度为0.2℃,电路整体功耗约为4W。3.改进了电子枪电路,电子枪电路包含电压极性转换电路和灯丝加热电路,电压极性转换电路通过TTL电平控制M0C8204M光耦关断输出相应极性电压,灯丝加热电路通过LM2596-ADJ实现对灯丝加热电压的输出可调。电路整体功耗也为4W。4.将研制的小型化射频场电路、原子炉温控电路、电子枪电路应用于汞离子微波频标荧光信号的实验装置中,找到了钟跃迁荧光信号,通过信号分析得出离子囚禁射频场电路能有效地囚禁住汞离子。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TH714.14

【参考文献】
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