一种离子阱缓冲气体参数设计方法技术

本申请涉及时频技术领域，具体而言，涉及一种离子阱缓冲气体参数设计方法，首先利用仿真软件创建离子阱电极阵列和空间势场，再设定离子阱离子和缓冲气体各项初始参数，然后推导离子阱中离子在缓冲气体粘滞力作用下的运动方程，根据运动方程编写软件程序实现离子在缓冲气体作用下的模拟控制，根据得到的缓冲气体种类、缓冲气体压强以及缓冲气体温度，完成缓冲气体参数的设计。本申请采用电磁仿真软件模拟离子运动状态，对关键的缓冲气体参数进行优化，可提高缓冲气体冷却离子效果评估的可靠性，具有离子运动状态直观、缓冲气体参数优化效率高的特点，可用于离子和气体分子作用状态分析及参数优化。分析及参数优化。分析及参数优化。

【技术实现步骤摘要】
一种离子阱缓冲气体参数设计方法


[0001]本申请涉及时频
，具体而言，涉及一种离子阱缓冲气体参数设计方法。

技术介绍

[0002]离子囚禁在超高真空的离子阱中，没有器壁的碰撞，不受外界干扰，离子与微波场作用时间不受限制，有利于提高短期稳定度，离子阱频标作为新一代高精度、高稳定度时间频率标准的前景被广泛看好。离子阱中的离子囚禁技术以及离子囚禁效果提升是离子阱频标研究的重要内容之一。
[0003]在离子阱频标中，为了压窄线宽就必须增加离子和微波场的作用时间，因此就必须冷却离子、延长囚禁时间。使用缓冲气体是将离子阱中的离子冷却到室温的最有效和实用的办法。缓冲气体冷却通常选用质量轻、化学性质稳定的惰性气体为缓冲气体。缓冲气体原子(分子)和囚禁离子在碰撞前后有动能交换，囚禁离子的动能不断减少，速度被冷却下来，理论上可将离子温度冷却至缓冲气体的温度。
[0004]由于缓冲气体的压强比较低，可以将离子阱中的气体考虑成理想气体，得到离子阱中离子的冷却运动方程。通过Simion电磁仿真软件以及LUA编程完成以上计算过程的仿真模拟，对离子阱内缓冲气体对离子的冷却效果进行分析比较，设计缓冲气体的最佳参数。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种离子阱缓冲气体参数设计方法，解决了实际设计中缓冲气体参数匹配度差，效率低等问题，通过本设计方法可以确定离子阱中缓冲气体的最佳设计参数，实现离子快速冷却。
[0006]为了实现上述目的，本申请提供了一种离子阱缓冲气体参数设计方法，包括如下步骤：步骤1：利用仿真软件创建离子阱电极阵列；步骤2：利用仿真软件创建离子阱的空间格点电势场，再设定离子阱中离子和缓冲气体各项初始参数，为离子的运动方程准备初始条件；步骤3：推导离子阱中离子在缓冲气体粘滞力作用下的运动方程；步骤4：根据运动方程编写软件程序实现离子在缓冲气体作用下的模拟控制；步骤5：模拟不同种类缓冲气体下离子的运动情况，根据离子的运动幅度设计缓冲气体的种类；步骤6：确定缓冲气体的种类，模拟在该缓冲气体不同压强下离子的运动情况，根据离子运动幅度设计该缓冲气体的压强；步骤7：模拟在该缓冲气体不同温度下离子的衰减过程，根据离子数衰减的速度设计该缓冲气体的温度；步骤8：根据得到的缓冲气体种类、缓冲气体压强以及缓冲气体温度，完成缓冲气体参数的设计。
[0007]进一步的，步骤1中的仿真软件为Simion电磁仿真软件。
[0008]进一步的，在步骤1中，使用Simion电磁仿真软件通过窗口或者电极定义语言编写的电极文件创建离子阱电极阵列。
[0009]进一步的，在步骤2中，使用Simion电磁仿真软件将电极阵列带入到泊松方程，计算后创建离子阱的空间格点电势场。
[0010]进一步的，在步骤4中，根据运动方程编写软件程序形成.LUA文件，对离子运动过程的参量和运动过程进行模拟控制，得到直观的离子运动轨迹及离子数衰减效果图。
[0011]本专利技术提供的一种离子阱缓冲气体参数设计方法，具有以下有益效果：
[0012]本申请采用电磁仿真软件模拟离子运动状态，对关键的缓冲气体参数进行优化，可提高缓冲气体冷却离子效果评估的可靠性，具有离子运动状态直观、缓冲气体参数优化效率高的特点，可用于离子和气体分子作用状态分析及参数优化。
附图说明
[0013]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0014]图1是根据本申请实施例提供的离子阱缓冲气体参数设计方法的流程图；
[0015]图2是根据本申请实施例提供的不同种类气体作用下离子冷却后运动轨迹的模拟图(左图为氦气、右图为氩气)；
[0016]图3是根据本申请实施例提供的在不同压强的氩气作用下离子冷却后运动轨迹的模拟图(深色线为3E
‑
2Pa，浅色线为2E
‑
2Pa)；
[0017]图4是根据本申请实施例提供的在不同温度的氩气作用下离子冷却后离子数衰减的模拟图(从左至右温度分别为380、330K、270K、100K)；
具体实施方式
[0018]为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0019]需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0020]在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
[0021]并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
[0022]另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。
[0023]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0024]如图1所示，本申请提供了一种离子阱缓冲气体参数设计方法，包括如下步骤：
[0025]步骤1：利用仿真软件创建离子阱电极阵列，为了确定离子阱电场；
[0026]步骤2：利用仿真软件创建离子阱的空间格点电势场，再设定离子阱中离子和缓冲气体各项初始参数(包括离子数量、离子质量、离子电荷、离子初始位置和速度分布等)，缓冲气体种类和压强，为离子的运动方程准备初始条件；
[0027]步骤3：推导离子阱中离子在缓冲气体粘滞力作用下的运动方程；
[0028]步骤4：根据运动方程编写软件程序实现离子在缓冲气体作用下的模拟控制；
[0029]步骤5：模拟不同种类缓冲气体下离子的运动情况，根据离子的运动幅度设计缓冲气体的种类；
[0030]步骤6：确定缓冲气体的种类，模拟在该本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离子阱缓冲气体参数设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：利用仿真软件创建离子阱电极阵列；步骤2：利用仿真软件创建离子阱的空间格点电势场，再设定离子阱中离子和缓冲气体各项初始参数，为离子的运动方程准备初始条件；步骤3：推导离子阱中离子在缓冲气体粘滞力作用下的运动方程；步骤4：根据运动方程编写软件程序实现离子在缓冲气体作用下的模拟控制；步骤5：模拟不同种类缓冲气体下离子的运动情况，根据离子的运动幅度设计缓冲气体的种类；步骤6：确定缓冲气体的种类，模拟在该缓冲气体不同压强下离子的运动情况，根据离子运动幅度设计该缓冲气体的压强；步骤7：模拟在该缓冲气体不同温度下离子的衰减过程，根据离子数衰减的速度设计该缓冲气体的温度；步骤8：根据得到的缓冲气体种类、缓冲气体压强以及缓...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱宏伟，涂建辉，崔敬忠，杨军，郑宁，
申请(专利权)人：兰州空间技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：