一种混合离子体系的双射频囚禁与势场匹配方法组成比例

本发明专利技术涉及一种混合离子体系的双射频普适性囚禁与势场匹配方法，属于冷离子频率标准技术领域。建立离子阱双射频动态束缚模型，量化分析了双射频势场下单组份离子体系的等效赝势模型、稳定束缚条件、微运动与久期运动的三维关联耦合特征，通过分析离子的微运动瞬态过程，界定第二囚禁频率的临界绝热束缚强度。匹配轻离子的高频囚禁势频率及幅度，实现轻离子的准绝热稳定囚禁。匹配重离子的低频囚禁势频率，有效抑制低频势对轻离子的谐振激发效应和微运动加热效应。在维持重离子准绝热外态操控的同时，通过提升低频势场强度，改善大质荷比差异混合三维离子体系的空间耦合强度和动力学模式匹配效率，实现外态高效协同作用、甚至振动基态冷却。至振动基态冷却。至振动基态冷却。

【技术实现步骤摘要】
一种混合离子体系的双射频囚禁与势场匹配方法


[0001]本专利技术涉及一种离子体系射频囚禁方法尤其涉及一种混合离子体系的双射频普适性囚禁与势场匹配方法，属于冷离子频率标准


技术介绍

[0002]实现特定离子体系的高稳定、低加热囚禁与精密量子态操控是发展高性能离子钟、制备精密测量量子体系、构建高保真量子逻辑门、研制超大检测范围质谱仪器的关键。目前，离子囚禁技术可以实现轻至电子、重至宏观团簇离子的动态约束。
[0003]受离子阱结构、势场参量等因素的限制，不同类型离子的最佳囚禁频率存在较大差异，目前电子等超轻离子的射频囚禁频率在GHz量级，常见原子离子的囚禁频率在MHz量级，重分子离子的囚禁频率在kHz量级，宏观带电粒子团簇的囚禁频率在十Hz量级。离子阱尺寸固定时，随着囚禁离子质荷比的增加，带电粒子体系的最佳囚禁频率随之降低。基于射频离子阱进行不同质荷比混合离子体系的同时稳定囚禁，在量子逻辑谱、离子光钟、反物质制备、暗离子探测及冷分子离子的精密测量等领域具有重要应用。但是混合离子体系中各组份离子间质荷比的不同导致各自最佳囚禁频率差本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合离子体系的双射频囚禁与势场匹配方法，其特征在于该方法的步骤包括：第一步，建立离子阱双射频囚禁模型；第二步，基于第一步中建立的离子阱双射频囚禁模型，评估低频囚禁势场对离子体系稳定囚禁参数及动力学耦合特性的影响，具体步骤如下：当用于囚禁离子的低频囚禁势场(Ω
rf2
，U
rf2
)处于最佳稳定囚禁区域同时高频囚禁势场(Ω
rf1
，U
rf1
)处于极弱束缚参数区域时，离子体系的双射频囚禁动力学特性使用低频囚禁势场表征；当用于囚禁离子的高频囚禁势场(Ω
rf1
，U
rf1
)处于最佳稳定囚禁区域，同时高频囚禁势场下的久期运动频率(ω
rf1
)与低频囚禁势场频率之间满足ω
rf1
＝mΩ
rf2
/2时，m为整数，m＜n，低频囚禁势场频率需远离离子的高频囚禁势场下的久期运动频率；第三步，对轻离子高频囚禁势场与重离子低频囚禁势场的耦合匹配；第四步，对射频加热效应进行优化抑制；第五步，对双组份离子的动力学进行模式匹配；第六步，协同冷却效率的评估；基于离子的荧光线型反演离子温度或基于含时位置矢量与荧光成像比对，反演离子的平衡态温度。2.根据权利要求1所述的一种混合离子体系的双射频囚禁与势场匹配方法，其特征在于：所述的第一步中，基于Comsol等仿真软件建立离子阱双射频囚禁模型，步骤如下：双射频囚禁场中高频囚禁势场为(Ω
rf1
，U
rf1
)，低频囚禁势场为(Ω
rf2
，U
rf2
)，高频囚禁势场中的频率与低频囚禁势场中的频率的比值为Ω
rf1
/Ω
rf2
＝n；囚禁于四极线形离子阱中的离子所感受到的势场为：其中，Ω
rf1
为高频囚禁势场的频率；U
rf1
为高频囚禁势场的幅值；Ω
rf2
为低频囚禁势场的频率；U
rf2
为低频囚禁势场的幅值；t为时间，为势场在离子阱中的径向分布坐标；r0为离子阱径向几何中心到电极表面的最小距离；κ
z
为离子阱的轴向几何因子参数，U
end
为施加在离子阱端电极上的静态直流偏置电压，2z0为离子阱的轴向囚禁区域；z为势场在离子阱中的轴向分布坐标；在上述的势场下离子径向运动的Mathieu方程为：其中r＝(x，y)，a，q，p和ξ是四个无量纲参数，分别为
其中，κ
r
为离子阱的径向几何因子参数，U
dc
为施加在RF势上的静态直流偏置电压，Q和M分别为囚禁离子的电荷及质量。3.根据权利要求1所述的一种混合离子体系的双射频囚禁与势场匹配方法，其特征在于：所述的第三步中，对轻离子高频囚禁势场与重离子低频囚禁势场的耦合匹配方法为：高频场Ω
rf1
对轻离子起囚禁作用，低频场Ω
rf2
对重离子起囚禁作用，要求低频囚禁场频率Ω
rf2
远小于高频囚禁场频率Ω
rf1
，并远离轻离子的久期运动频率，且要求低频场幅度U
rf2
远小于高频场幅度U
rf1
，抑制低频激发强度。4.根据权利要求1所述的一种混合离子体系的双射频囚禁与势场匹配方法，其特征在于：所述的第四步中，对射频加热效应进行优化抑制方法为：在离子体系满足准绝热相互作用的前提下，提高外层离子体系的射频束缚强度有利于压缩内外层离子体系的相对距离，增强内外层离子间的相互作用、提升混合离子体系的能量交换效率。5.根据权利要求1所述的一种混合离子体系的双射频囚禁与势场匹配方法，其特征在于：所述的第五步中，对双组份离子的动力学进行模式匹配方法为：三维低温离子体系呈现体心立方结构，在其中注入低质荷比离子过程中，轻离子分布于混合离子体系的内层，重离子分布于混合离子体系的外层，通过改变双射频势场参数调控...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜丽军，蒙艳松，贺玉玲，张立新，谢军，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：