应用于微波钟的十六极线型阱中汞离子囚禁数值及仿真研究

发布时间：2025-02-07 20:31

　　 基于多极线型Paul阱的汞离子微波钟由于不依赖于庞大、笨重的激光系统使得它重量轻、体积小,并且具有稳定度高、漂移率小等特点,非常适合作为下一代卫星导航系统和深空探测的星载原子钟,具有较高的研究价值。采用基于Matlab的数值计算和基于Simion软件的仿真模拟两种方法分别研究和总结得到了十六极阱中汞离子囚禁的若干方面特征,并针对这些特征进行了阐述和理论分析。研究结果为十六极阱中汞离子囚禁的稳定电压、离子运动轨迹以及缓冲气体对离子的冷却等方面的系统性能优化提供了指导。研究成果的应用目标是为从离子囚禁系统的优化设计角度提高微波钟的性能指标提供依据,最终为实现窄线宽、高信噪比、高稳定度的汞离子微波钟提供理想的离子囚禁系统。

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【部分图文】：

图１十六极阱中第一稳定区［］

式（６）进行数值求解，得出汞离子囚禁稳定区并对在十六极阱中的运动特征进行理论研究。此时，方程式（６）中的ｍ＝１９９×１．６７×１０－２７ｋｇ为汞离子质量，ｑｅ＝１．６０２×１０－１９，Ｃ为汞离子所带电量。另外，设置十六极阱中心（原点）到杆电极的距离ｒ０＝５．０ｍｍ。首先研究十六极....

图３不同种类的缓冲气体对离子冷却的作用从图可以看到以上类缓冲气体对离子均有冷却作用而且在离子运动的各个方向均有冷却特别是

ｑ＝８３ｑｅＶ０４ｍｒ２０Ω２。１．２．２缓冲气体冷却这里仍然采用四阶龙科库塔方法进行数值求解，对缓冲气体存在情况下的离子运动进行分析。首先研究不同种类的缓冲气体对离子冷却的作用。这里分析了Ω＝３．１４ＭＨｚ，Ｕ０＝－５Ｖ，Ｖ０＝１８０Ｖ即稳态点时缓冲气体压强为４．０×１０－５Ｔ....

图５氦气在不同缓冲气体温度下对离子冷却从图５（ａ）中可以看到当缓冲气体温度比较高时离子受到缓冲气体的冷却作用使得在不同小势阱间穿

离子在多个势阱中周期性穿梭，最终达到运动轨迹周期性震荡稳定，此时离子稳定运动的空间范围较大。然而当冲入缓冲气体时离子的运动速度很快被减小，最终运动状态将趋于静态稳定即离子最终被囚禁在某一个小势阱中，此时离子稳定运动的空间范围较小。因此，在十六极阱中缓冲气体起着减小粒子运动速度和压....

图６氖气在不同缓冲气体温度下对离子冷却２仿真模拟

势阱中。然而随着温度进一步降低，离子将很快被囚禁在单一小势阱中如图５（ｂ）所示。从图６中可以看到缓冲气体的温度越低对离子的冷却作用越强，因为低温度的缓冲气体与囚禁离子发生碰撞，当两者之间达到热平衡的稳态后离子的温度将会被降低，离子运动的速度将会被减小。因此，温度越低的缓冲气体越能....

本文编号：4031259