一種離子阱囚禁勢分析系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及離子阱【技術(shù)領(lǐng)域】，主要適用于對離子阱中的電勢分布進行計算分析，公開了一種離子阱囚禁勢分析系統(tǒng)，包括：參數(shù)設(shè)置模塊、信號發(fā)生器、中央處理器、顯示器；參數(shù)設(shè)置模塊包括第一正弦信號參數(shù)設(shè)置模塊和第二正弦信號參數(shù)設(shè)置模塊，信號發(fā)生器包括第一信號發(fā)生器和第二信號發(fā)生器。本實用新型通過參數(shù)設(shè)置模塊將產(chǎn)正弦信號的參數(shù)設(shè)置到信號發(fā)生器中，使其產(chǎn)生的正弦信號的頻率、幅度等受外圍參數(shù)的控制，該正弦信號送至離子阱的環(huán)、帽電極模塊和補償電極模塊后產(chǎn)生交變電場，之后通過中央處理器的電勢計算模塊和電勢分布圖形成模塊進行量化計算，并將計算結(jié)果通過顯示器顯示給用戶。
【專利說明】一種離子阱囚禁勢分析系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及離子阱【技術(shù)領(lǐng)域】，主要適用于對離子阱囚禁勢場分布進行計算分 析。

【背景技術(shù)】
[0002] 離子阱中囚禁的離子處于超高真空環(huán)境，與背景氣體的碰撞幾率非常小，幾乎處 于"孤立"的狀態(tài)，因此可以將碰撞展寬降得很低。同時由于囚禁時間長，可以長時間與激 光相互作用，因此消除了渡越時間展寬。通過激光冷卻，可以將離子囚禁在Lamb-DiCke區(qū) 域，因此，可以消除譜線的一階Doppler頻移，有效抑制二階Doppler頻移，因此，囚禁離子 在原子頻標、量子信息和量子計算等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。為了在離子阱中穩(wěn)定地囚禁 離子，需要離子阱中的勢阱足夠深。這就需要知道離子阱中的電勢分布，離子阱中的電勢分 布由離子阱的尺寸、阱體的材料和尺寸以及電極上所加電壓決定。
[0003] 對于用戶而言，電勢分布直接影響到整個系統(tǒng)的性能，而對于設(shè)計者來說，需要經(jīng) 過多次的參數(shù)調(diào)試來達到用戶的需求。目前人們主要采用Maxwell、Comsol等電磁場分析 軟件對離子阱囚禁勢進行分析，但這些軟件的專業(yè)性太強，對用戶的要求比較高，因此使用 起來很不方便。鑒于此，本專利提出一種離子阱囚禁勢分析系統(tǒng)。 實用新型內(nèi)容
[0004] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種離子阱囚禁勢分析系統(tǒng)，它具有通過 參數(shù)設(shè)置模塊將產(chǎn)正弦信號的參數(shù)設(shè)置到信號發(fā)生器中，使其產(chǎn)生的正弦信號的頻率、幅 度等受外圍參數(shù)的控制，該正弦信號送至離子阱的環(huán)、帽電極模塊后，產(chǎn)生交變電場，之后 通過中央處理器的電勢計算模塊和電勢分布圖形成模塊進行量化計算，并將計算結(jié)果通過 顯示器顯示給用戶的特點。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種離子阱囚禁勢分析系統(tǒng)，包括：參數(shù) 設(shè)置模塊、信號發(fā)生器、中央處理器、顯示器；
[0006] 所述參數(shù)設(shè)置模塊包括第一正弦信號參數(shù)設(shè)置模塊和第二正弦信號參數(shù)設(shè)置模 塊，所述信號發(fā)生器包括第一信號發(fā)生器和第二信號發(fā)生器，所述第一正弦信號參數(shù)設(shè)置 模塊通過所述第一信號發(fā)生器與離子阱的環(huán)、帽電極模塊連接，所述第二正弦信號參數(shù)設(shè) 置模塊通過所述第二信號發(fā)生器與離子阱的補償電極模塊連接；所述離子阱的環(huán)、帽電極 模塊、所述離子阱的補償電極模塊、所述顯示器分別與所述中央處理器連接；中央處理器中 設(shè)置有電勢計算模塊、電勢分布圖形成模塊。
[0007] 優(yōu)選的技術(shù)方案為，所述參數(shù)設(shè)置模塊為按鈕式參數(shù)輸入器，所述按鈕式參數(shù)輸 入器包括：第一正弦信號頻率選擇按鈕、第一正弦信號幅度選擇按鈕、第二正弦信號頻率選 擇按鈕、第二正弦信號幅度選擇按鈕、數(shù)字按鈕、確認輸入按鈕、清除按鈕；
[0008] 所述第一正弦信號頻率選擇按鈕、第一正弦信號幅度選擇按鈕、數(shù)字按鈕、確認輸 入按鈕、清除按鈕構(gòu)成所述第一正弦信號參數(shù)設(shè)置模塊；所述第二正弦信號頻率選擇按鈕、 第二正弦信號幅度選擇按鈕、數(shù)字按鈕、確認輸入按鈕、清除按鈕構(gòu)成所述第二正弦信號參 數(shù)設(shè)置模塊。
[0009] 對上述方案進行改進的技術(shù)方案為，所述參數(shù)設(shè)置模塊還包括離子阱電極材質(zhì)設(shè) 置模塊，所述離子阱電極材質(zhì)設(shè)置模塊與所述中央處理器連接。
[0010] 對上述改進方案作出優(yōu)選的技術(shù)方案為，所述按鈕式參數(shù)輸入器還包括：環(huán)電極 材質(zhì)選擇按鈕、第一帽電極材質(zhì)選擇按鈕、第二帽電極材質(zhì)選擇按鈕、第一補償電極材質(zhì)選 擇按鈕、第二補償電極材質(zhì)選擇按鈕、向上選擇按鈕、向下選擇按鈕。
[0011] 對上述方案作出進一步改進的技術(shù)方案為，所述參數(shù)設(shè)置模塊還包括離子阱電極 尺寸參數(shù)設(shè)置模塊，所述離子阱電極尺寸參數(shù)設(shè)置模塊與所述中央處理器連接。
[0012] 更加優(yōu)選的技術(shù)方案為，所述按鈕式參數(shù)輸入器還包括：環(huán)電極直徑選擇按鈕、環(huán) 電極長度選擇按鈕、第一帽電極直徑選擇按鈕、第一帽電極長度選擇按鈕、第二帽電極直徑 選擇按鈕、第二帽電極長度選擇按鈕、第一補償電極直徑選擇按鈕、第一補償電極長度選擇 按鈕、第二補償電極直徑選擇按鈕、第二補償電極長度選擇按鈕。
[0013] 本實用新型的有益效果在于：
[0014] 本實用新型涉及的參數(shù)：環(huán)帽電極交變電場、補償電極交變電場、離子阱電極尺 寸、離子阱電極材質(zhì)都會對本實用新型的最終模擬計算結(jié)果起到影響，之前人們主要采用 Maxwell、Comsol等電磁場分析軟件對離子講囚禁勢進行分析，但這些軟件的專業(yè)性太強， 對用戶的要求比較高，因此使用起來很不方便，而本系統(tǒng)只需要通過參數(shù)設(shè)置模塊將上述 參數(shù)設(shè)置好后，由中央處理器進行模擬即可獲得跟實際相近的效果。
[0015] 2.本實用新型通過增設(shè)離子阱電極材質(zhì)設(shè)置模塊，使得用戶能夠根據(jù)自身需要將 離子阱各個電極的材質(zhì)作為電勢計算中的修正參數(shù)，根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的離子阱材 質(zhì)對應(yīng)的修正參數(shù)對電勢計算進行修正，從而使得電勢計算的精度得以提高。
[0016] 3.本實用新型通過增設(shè)離子阱電極尺寸參數(shù)設(shè)置模塊，使得用戶能夠根據(jù)自身需 要將離子阱各個電極的尺寸作為電勢計算中的修正參數(shù)，從而使得電勢計算的精度得以提 商。
[0017] 本實用新型通過參數(shù)設(shè)置模塊將產(chǎn)正弦信號的參數(shù)設(shè)置到信號發(fā)生器中，使其產(chǎn) 生的正弦信號的頻率、幅度等受外圍參數(shù)的控制，該正弦信號送至離子阱的環(huán)、帽電極模塊 和補償電極模塊后產(chǎn)生交變電場，之后通過中央處理器的電勢計算模塊和電勢分布圖形成 模塊進行量化計算，并將計算結(jié)果通過顯示器顯示給用戶，還能夠通過離子阱電極尺寸設(shè) 置模塊、離子阱電極材質(zhì)設(shè)置模塊對離子阱電勢計算結(jié)果進行修正。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1為本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖2為本實用新型實施例中按鈕式參數(shù)輸入器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖3為本實用新型實施例中離子阱結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 其中，1-環(huán)電極，2-第一帽電極，3-第一補償電極，4-第二帽電極，5-第二補償電 極。

【具體實施方式】
[0022] 為進一步闡述本實用新型為達成預(yù)定實用新型目的所采取的技術(shù)手段及功效，以 下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本實用新型提出的離子阱囚禁勢分析系統(tǒng)的具體實施方 式及工作原理進行詳細說明。
[0023] 本實用新型所要分析的對象為圖3所示的Paul離子阱，由圖3可知，Paul離子阱 包括：環(huán)電極1、第一帽電極2、第二帽電極4、第一補償電極3、第二補償電極4。本實用新型 實施例的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括參數(shù)設(shè)置模塊、信號發(fā)生器、中央處理器和顯示器。其 中，參數(shù)設(shè)置模塊包括：第一正弦信號參數(shù)設(shè)置模塊、第二正弦信號參數(shù)設(shè)置模塊。信號發(fā) 生器包括：第一信號發(fā)生器、第二信號發(fā)生器。第一正弦信號參數(shù)設(shè)置模塊通過第一信號發(fā) 生器與離子阱的環(huán)、帽電極模塊連接，第二正弦信號參數(shù)設(shè)置模塊通過第二信號發(fā)生器與 離子阱的補償電極模塊連接；離子阱的環(huán)、帽電極模塊、離子阱的補償電極模塊、顯示器分 別與中央處理器連接；中央處理器中設(shè)置有電勢計算模塊和電勢分布圖形成模塊。
[0024]為使得本實施例的計算結(jié)果精度更高，可以在參數(shù)設(shè)置模塊中增設(shè)離子阱電極材 質(zhì)設(shè)置模塊，還可以在參數(shù)設(shè)置模塊中增設(shè)離子阱電極尺寸參數(shù)設(shè)置模塊，離子阱電極材 料設(shè)置模塊、離子阱電極尺寸參數(shù)設(shè)置模塊與中央處理器連接。新增的離子阱電極尺寸參 數(shù)設(shè)置模塊和離子阱電極材料設(shè)置模塊能夠?qū)⒂脩粜枰碾x子阱電極尺寸、已知的離子阱 電極材質(zhì)對電勢的影響作為修正參數(shù)對中央處理器中電勢計算模塊和電勢分布圖形成模 塊的計算結(jié)果進行修正。
[0025] 對于參數(shù)設(shè)置模塊，優(yōu)選的，采用按鈕式參數(shù)輸入器，如圖2所示，本實施例的按 鈕式參數(shù)輸入器包括：第一正弦信號頻率選擇按鈕（即圖2中頻率1按鈕)、第一正弦信號幅 度選擇按鈕（即圖2中幅度1按鈕)、第二正弦信號頻率選擇按鈕（即圖2中頻率2按鈕)、第 二正弦信號幅度選擇按鈕（即圖2中幅度2按鈕)、數(shù)字按鈕、確認輸入按鈕、清除按鈕。其 中，第一正弦信號頻率選擇按鈕、第一正弦信號幅度選擇按鈕、數(shù)字按鈕、確認輸入按鈕、清 除按鈕構(gòu)成第一正弦信號參數(shù)設(shè)置模塊；第二正弦信號頻率選擇按鈕、第二正弦信號幅度 選擇按鈕、數(shù)字按鈕、確認輸入按鈕、清除按鈕所述第二正弦信號參數(shù)設(shè)置模塊。使用者，通 過按下頻率1后再通過數(shù)字按鈕區(qū)輸入第一正弦信號的頻率參數(shù)，按確認按鈕，即完成第 一正弦信號頻率參數(shù)的設(shè)置，同理設(shè)置第一正弦信號幅度參數(shù)、第二正弦信號頻率參數(shù)、第 二正弦信號幅度參數(shù)。
[0026] 當參數(shù)設(shè)置模塊包括離子阱電極材質(zhì)設(shè)置模塊時，按鈕式參數(shù)輸入器還包括：環(huán) 電極材質(zhì)選擇按鈕、第一帽電極材質(zhì)選擇按鈕、第二帽電極材質(zhì)選擇按鈕、第一補償電極材 質(zhì)選擇按鈕、第二補償電極材質(zhì)選擇按鈕、向上選擇按鈕、向下選擇按鈕。中央處理器中預(yù) 設(shè)各個電極材質(zhì)選擇列表，例如鋁合金、銅、鍍金金屬、鋼材等。當然也可以將常用材質(zhì)直接 設(shè)置到按鈕式參數(shù)輸入器上。
[0027] 當參數(shù)設(shè)置模塊包括離子阱電極尺寸參數(shù)設(shè)置模塊時，按鈕式參數(shù)輸入器還包 括：環(huán)電極直徑選擇按鈕、環(huán)電極長度選擇按鈕、第一帽電極直徑選擇按鈕、第一帽電極長 度選擇按鈕、第二帽電極直徑選擇按鈕、第二帽電極長度選擇按鈕、第一補償電極直徑選擇 按鈕、第一補償電極長度選擇按鈕、第二補償電極直徑選擇按鈕、第二補償電極長度選擇按 鈕。各個電極的直徑、長度參數(shù)設(shè)置方式與正弦信號參數(shù)設(shè)置方式相同，故不再贅述。
[0028] 本實施例中電勢計算模塊通過以下方式進行計算：
[0029] 在空間取一點P (x，y，z)，則各個電極在P點產(chǎn)生的電勢為：
[0030] 環(huán)電極在P點產(chǎn)生的電勢：

【權(quán)利要求】
1. 一種離子阱囚禁勢分析系統(tǒng)，其特征在于，包括：參數(shù)設(shè)置模塊、信號發(fā)生器、中央 處理器、顯示器； 所述參數(shù)設(shè)置模塊包括第一正弦信號參數(shù)設(shè)置模塊和第二正弦信號參數(shù)設(shè)置模塊，所 述信號發(fā)生器包括第一信號發(fā)生器和第二信號發(fā)生器，所述第一正弦信號參數(shù)設(shè)置模塊通 過所述第一信號發(fā)生器與離子阱的環(huán)、帽電極模塊連接，所述第二正弦信號參數(shù)設(shè)置模塊 通過所述第二信號發(fā)生器與離子阱的補償電極模塊連接；所述離子阱的環(huán)、帽電極模塊、所 述離子阱的補償電極模塊、所述顯示器分別與所述中央處理器連接；中央處理器中設(shè)置有 電勢計算模塊、電勢分布圖形成模塊。
2. 如權(quán)利要求1所述的離子阱囚禁勢分析系統(tǒng)，其特征在于，所述參數(shù)設(shè)置模塊為按 鈕式參數(shù)輸入器，所述按鈕式參數(shù)輸入器包括：第一正弦信號頻率選擇按鈕、第一正弦信號 幅度選擇按鈕、第二正弦信號頻率選擇按鈕、第二正弦信號幅度選擇按鈕、數(shù)字按鈕、確認 輸入按鈕、清除按鈕； 所述第一正弦信號頻率選擇按鈕、第一正弦信號幅度選擇按鈕、數(shù)字按鈕、確認輸入按 鈕、清除按鈕構(gòu)成所述第一正弦信號參數(shù)設(shè)置模塊；所述第二正弦信號頻率選擇按鈕、第二 正弦信號幅度選擇按鈕、數(shù)字按鈕、確認輸入按鈕、清除按鈕構(gòu)成所述第二正弦信號參數(shù)設(shè) 置模塊。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的離子阱囚禁勢分析系統(tǒng)，其特征在于，所述參數(shù)設(shè)置模塊還 包括離子阱電極材質(zhì)設(shè)置模塊，所述離子阱電極材質(zhì)設(shè)置模塊與所述中央處理器連接。
4. 如權(quán)利要求2所述的離子阱囚禁勢分析系統(tǒng)，其特征在于，所述按鈕式參數(shù)輸入器 還包括：環(huán)電極材質(zhì)選擇按鈕、第一帽電極材質(zhì)選擇按鈕、第二帽電極材質(zhì)選擇按鈕、第一 補償電極材質(zhì)選擇按鈕、第二補償電極材質(zhì)選擇按鈕、向上選擇按鈕、向下選擇按鈕。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的離子阱囚禁勢分析系統(tǒng)，其特征在于，所述參數(shù)設(shè)置模塊還 包括離子阱電極尺寸參數(shù)設(shè)置模塊，所述離子阱電極尺寸參數(shù)設(shè)置模塊與所述中央處理器 連接。
6. 如權(quán)利要求2所述的離子阱囚禁勢分析系統(tǒng)，其特征在于，所述按鈕式參數(shù)輸入器 還包括：環(huán)電極直徑選擇按鈕、環(huán)電極長度選擇按鈕、第一帽電極直徑選擇按鈕、第一帽電 極長度選擇按鈕、第二帽電極直徑選擇按鈕、第二帽電極長度選擇按鈕、第一補償電極直徑 選擇按鈕、第一補償電極長度選擇按鈕、第二補償電極直徑選擇按鈕、第二補償電極長度選 擇按鈕。
【文檔編號】G01R19/00GK204044222SQ201420194865
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月21日
【發(fā)明者】雷海東, 彭黎, 王強 申請人:江漢大學