Paul阱中单个～（40）Ca～+囚禁和激光冷却的实验研究

【摘要】： 囚禁冷却的单离子所具有的独特性质使得其在量子信息科学以及精密谱特别是光学频率标准等研究领域起到非常重要的作用。 本文的主要部分是在微型Paul阱中实现单个钙离子的囚禁和激光冷却,为光频标研究以及量子信息科学研究提供的一个实验平台。 建立了非标准的微型Paul离子阱系统,完成了囚禁离子的射频场电路、外加的磁场线圈、激光束的整形和聚焦、微弱荧光成像系统以及实验数据的采集系统等。在Paul阱中完成的实验如下: 1)观察到囚禁冷却离子的荧光信号,用调节补偿电极、帽电极补偿电压和减小射频幅度等办法减小离子微运动并优化荧光信号。 2)观察到少数离子由离子云状态到离子晶体的相变。 3)成功实现单离子的囚禁和激光冷却,通过冷却离子的荧光谱线估算离子的温度大约在22mK。 4)通过加上729nm的钟跃迁激光,用量子跳跃的办法测量到单个离子和两个离子的量子跳跃。 同时提出了一种离子阱痕量分析(ITTA)探测(41)Ca原子的实验方案。该方案结合原子阱痕量分析(ATTA)以及共振多光子电离质谱分析(RIMS)中的优点,不仅使同位素选择性可以提高一定的量级,实验装置比较简单、便宜,而且利用离子阱来囚禁稀有离子,很容易实现很长的囚禁时间。