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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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分段线形离子阱中钙离子的囚禁与冷却

潘勇  
【摘要】:作为无量纲的基本物理常数,质子-电子质量比(mp/me)与强相互作用耦合常数直接相关,其精确测定在检验粒子物理标准模型、宇宙物理学以及探索新物理方面具有重要意义。近年来,随着原子激光冷却、囚禁等技术的发展,原子分子光谱可以测量到极高的精度(Hz甚至亚Hz量级),为在低能(eV)领域高精度地验证物理规律提供了新的途径。由于带电离子相比中性原子更易通过外电场操控和囚禁,在超高真空实验环境下(≤10-10mbar),离子阱技术的应用可以使离子长时间的稳定囚禁。而激光冷却技术的发展和应用,使得囚禁场中离子的动能降低,离子的温度冷却到mK量级甚至μK量级,得到离子晶体,因此离子阱中囚禁和冷却的离子体系常用于物理量的精密测量,量子信息处理,频率标准等领域。本论文介绍了分段线形离子阱中Ca+离子的囚禁和激光Dopp1er冷却的实现,同时进一步测量了 Ca+离子晶体的相关属性,包括宏运动频率,空间密度等。主要包括以下几方面的内容:1.建立了一套用于离子囚禁实现的分段线形离子阱系统,获得的系统真空度为5×10-10mbar;2.搭建了实现钙离子光电离、冷却和荧光成像采集的激光光路系统,同时利用LabView软件编写了一套基于精密波长计的激光器锁频系统,实现了 397nm和866nm激光器的漂移抑制到5MHz以内。3.设计并制作了实现离子径向和轴向囚禁以及附加微运动抑制的射频电源和直流电源,其中射频电源输出电压Urf = 0~400V连续输出,射频频率Ω=3.0 MHz~4.2 MHz连续可调,两路输出电压之差小于0.5%,频率差小于2%,相位差180±0.5度。直流电源利用LabView软件编写电源控制程序,输出12路独立控制直流电压,其幅值为-10V~10V,精度为1 mV。4.实现了分段线形离子阱中钙离子的囚禁和激光Doppler冷却,利用PMT和CMOS相机观察到不同囚禁条件下离子晶体的荧光信号,获得离子晶体的空间位置信息和结构信息。包括在1mV直流电源精度下实现离子晶体的三维操控,结合位置控制实现了离子附加微运动的抑制;利用直流电源清除"暗离子"获得较纯净单组份离子晶体;通过离子宏运动共振激发实验确定了离子阱的几何结构因子,为进一步用于确定离子晶体中的离子种类做基础;在不同囚禁势场下得到离子晶体的空间密度和空间体积的变化。
【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】:O562

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