一种离子阱囚禁势分析系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及离子阱【技术领域】，主要适用于对离子阱中的电势分布进行计算分析，公开了一种离子阱囚禁势分析系统，包括：参数设置模块、信号发生器、中央处理器、显示器；参数设置模块包括第一正弦信号参数设置模块和第二正弦信号参数设置模块，信号发生器包括第一信号发生器和第二信号发生器。本实用新型通过参数设置模块将产正弦信号的参数设置到信号发生器中，使其产生的正弦信号的频率、幅度等受外围参数的控制，该正弦信号送至离子阱的环、帽电极模块和补偿电极模块后产生交变电场，之后通过中央处理器的电势计算模块和电势分布图形成模块进行量化计算，并将计算结果通过显示器显示给用户。
【专利说明】一种离子阱囚禁势分析系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及离子阱【技术领域】，主要适用于对离子阱囚禁势场分布进行计算分 析。
【背景技术】
[0002] 离子阱中囚禁的离子处于超高真空环境，与背景气体的碰撞几率非常小，几乎处 于"孤立"的状态，因此可以将碰撞展宽降得很低。同时由于囚禁时间长，可以长时间与激 光相互作用，因此消除了渡越时间展宽。通过激光冷却，可以将离子囚禁在Lamb-DiCke区 域，因此，可以消除谱线的一阶Doppler频移，有效抑制二阶Doppler频移，因此，囚禁离子 在原子频标、量子信息和量子计算等方面获得了广泛的应用。为了在离子阱中稳定地囚禁 离子，需要离子阱中的势阱足够深。这就需要知道离子阱中的电势分布，离子阱中的电势分 布由离子阱的尺寸、阱体的材料和尺寸以及电极上所加电压决定。
[0003] 对于用户而言，电势分布直接影响到整个系统的性能，而对于设计者来说，需要经 过多次的参数调试来达到用户的需求。目前人们主要采用Maxwell、Comsol等电磁场分析 软件对离子阱囚禁势进行分析，但这些软件的专业性太强，对用户的要求比较高，因此使用 起来很不方便。鉴于此，本专利提出一种离子阱囚禁势分析系统。 实用新型内容
[0004] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种离子阱囚禁势分析系统，它具有通过 参数设置模块将产正弦信号的参数设置到信号发生器中，使其产生的正弦信号的频率、幅 度等受外围参数的控制，该正弦信号送至离子阱的环、帽电极模块后，产生交变电场，之后 通过中央处理器的电势计算模块和电势分布图形成模块进行量化计算，并将计算结果通过 显示器显示给用户的特点。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种离子阱囚禁势分析系统，包括：参数 设置模块、信号发生器、中央处理器、显示器；
[0006] 所述参数设置模块包括第一正弦信号参数设置模块和第二正弦信号参数设置模 块，所述信号发生器包括第一信号发生器和第二信号发生器，所述第一正弦信号参数设置 模块通过所述第一信号发生器与离子阱的环、帽电极模块连接，所述第二正弦信号参数设 置模块通过所述第二信号发生器与离子阱的补偿电极模块连接；所述离子阱的环、帽电极 模块、所述离子阱的补偿电极模块、所述显示器分别与所述中央处理器连接；中央处理器中 设置有电势计算模块、电势分布图形成模块。
[0007] 优选的技术方案为，所述参数设置模块为按钮式参数输入器，所述按钮式参数输 入器包括：第一正弦信号频率选择按钮、第一正弦信号幅度选择按钮、第二正弦信号频率选 择按钮、第二正弦信号幅度选择按钮、数字按钮、确认输入按钮、清除按钮；
[0008] 所述第一正弦信号频率选择按钮、第一正弦信号幅度选择按钮、数字按钮、确认输 入按钮、清除按钮构成所述第一正弦信号参数设置模块；所述第二正弦信号频率选择按钮、 第二正弦信号幅度选择按钮、数字按钮、确认输入按钮、清除按钮构成所述第二正弦信号参 数设置模块。
[0009] 对上述方案进行改进的技术方案为，所述参数设置模块还包括离子阱电极材质设 置模块，所述离子阱电极材质设置模块与所述中央处理器连接。
[0010] 对上述改进方案作出优选的技术方案为，所述按钮式参数输入器还包括：环电极 材质选择按钮、第一帽电极材质选择按钮、第二帽电极材质选择按钮、第一补偿电极材质选 择按钮、第二补偿电极材质选择按钮、向上选择按钮、向下选择按钮。
[0011] 对上述方案作出进一步改进的技术方案为，所述参数设置模块还包括离子阱电极 尺寸参数设置模块，所述离子阱电极尺寸参数设置模块与所述中央处理器连接。
[0012] 更加优选的技术方案为，所述按钮式参数输入器还包括：环电极直径选择按钮、环 电极长度选择按钮、第一帽电极直径选择按钮、第一帽电极长度选择按钮、第二帽电极直径 选择按钮、第二帽电极长度选择按钮、第一补偿电极直径选择按钮、第一补偿电极长度选择 按钮、第二补偿电极直径选择按钮、第二补偿电极长度选择按钮。
[0013] 本实用新型的有益效果在于：
[0014] 本实用新型涉及的参数：环帽电极交变电场、补偿电极交变电场、离子阱电极尺 寸、离子阱电极材质都会对本实用新型的最终模拟计算结果起到影响，之前人们主要采用 Maxwell、Comsol等电磁场分析软件对离子讲囚禁势进行分析，但这些软件的专业性太强， 对用户的要求比较高，因此使用起来很不方便，而本系统只需要通过参数设置模块将上述 参数设置好后，由中央处理器进行模拟即可获得跟实际相近的效果。
[0015] 2.本实用新型通过增设离子阱电极材质设置模块，使得用户能够根据自身需要将 离子阱各个电极的材质作为电势计算中的修正参数，根据本领域技术人员已知的离子阱材 质对应的修正参数对电势计算进行修正，从而使得电势计算的精度得以提高。
[0016] 3.本实用新型通过增设离子阱电极尺寸参数设置模块，使得用户能够根据自身需 要将离子阱各个电极的尺寸作为电势计算中的修正参数，从而使得电势计算的精度得以提 商。
[0017] 本实用新型通过参数设置模块将产正弦信号的参数设置到信号发生器中，使其产 生的正弦信号的频率、幅度等受外围参数的控制，该正弦信号送至离子阱的环、帽电极模块 和补偿电极模块后产生交变电场，之后通过中央处理器的电势计算模块和电势分布图形成 模块进行量化计算，并将计算结果通过显示器显示给用户，还能够通过离子阱电极尺寸设 置模块、离子阱电极材质设置模块对离子阱电势计算结果进行修正。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1为本实用新型实施例的结构示意图。
[0019] 图2为本实用新型实施例中按钮式参数输入器的结构示意图。
[0020] 图3为本实用新型实施例中离子阱结构示意图。
[0021] 其中，1-环电极，2-第一帽电极，3-第一补偿电极，4-第二帽电极，5-第二补偿电 极。
【具体实施方式】
[0022] 为进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以 下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的离子阱囚禁势分析系统的具体实施方 式及工作原理进行详细说明。
[0023] 本实用新型所要分析的对象为图3所示的Paul离子阱，由图3可知，Paul离子阱 包括：环电极1、第一帽电极2、第二帽电极4、第一补偿电极3、第二补偿电极4。本实用新型 实施例的组成结构如图1所示，包括参数设置模块、信号发生器、中央处理器和显示器。其 中，参数设置模块包括：第一正弦信号参数设置模块、第二正弦信号参数设置模块。信号发 生器包括：第一信号发生器、第二信号发生器。第一正弦信号参数设置模块通过第一信号发 生器与离子阱的环、帽电极模块连接，第二正弦信号参数设置模块通过第二信号发生器与 离子阱的补偿电极模块连接；离子阱的环、帽电极模块、离子阱的补偿电极模块、显示器分 别与中央处理器连接；中央处理器中设置有电势计算模块和电势分布图形成模块。
[0024]为使得本实施例的计算结果精度更高，可以在参数设置模块中增设离子阱电极材 质设置模块，还可以在参数设置模块中增设离子阱电极尺寸参数设置模块，离子阱电极材 料设置模块、离子阱电极尺寸参数设置模块与中央处理器连接。新增的离子阱电极尺寸参 数设置模块和离子阱电极材料设置模块能够将用户需要的离子阱电极尺寸、已知的离子阱 电极材质对电势的影响作为修正参数对中央处理器中电势计算模块和电势分布图形成模 块的计算结果进行修正。
[0025] 对于参数设置模块，优选的，采用按钮式参数输入器，如图2所示，本实施例的按 钮式参数输入器包括：第一正弦信号频率选择按钮（即图2中频率1按钮)、第一正弦信号幅 度选择按钮（即图2中幅度1按钮)、第二正弦信号频率选择按钮（即图2中频率2按钮)、第 二正弦信号幅度选择按钮（即图2中幅度2按钮)、数字按钮、确认输入按钮、清除按钮。其 中，第一正弦信号频率选择按钮、第一正弦信号幅度选择按钮、数字按钮、确认输入按钮、清 除按钮构成第一正弦信号参数设置模块；第二正弦信号频率选择按钮、第二正弦信号幅度 选择按钮、数字按钮、确认输入按钮、清除按钮所述第二正弦信号参数设置模块。使用者，通 过按下频率1后再通过数字按钮区输入第一正弦信号的频率参数，按确认按钮，即完成第 一正弦信号频率参数的设置，同理设置第一正弦信号幅度参数、第二正弦信号频率参数、第 二正弦信号幅度参数。
[0026] 当参数设置模块包括离子阱电极材质设置模块时，按钮式参数输入器还包括：环 电极材质选择按钮、第一帽电极材质选择按钮、第二帽电极材质选择按钮、第一补偿电极材 质选择按钮、第二补偿电极材质选择按钮、向上选择按钮、向下选择按钮。中央处理器中预 设各个电极材质选择列表，例如铝合金、铜、镀金金属、钢材等。当然也可以将常用材质直接 设置到按钮式参数输入器上。
[0027] 当参数设置模块包括离子阱电极尺寸参数设置模块时，按钮式参数输入器还包 括：环电极直径选择按钮、环电极长度选择按钮、第一帽电极直径选择按钮、第一帽电极长 度选择按钮、第二帽电极直径选择按钮、第二帽电极长度选择按钮、第一补偿电极直径选择 按钮、第一补偿电极长度选择按钮、第二补偿电极直径选择按钮、第二补偿电极长度选择按 钮。各个电极的直径、长度参数设置方式与正弦信号参数设置方式相同，故不再赘述。
[0028] 本实施例中电势计算模块通过以下方式进行计算：
[0029] 在空间取一点P (x，y，z)，则各个电极在P点产生的电势为：
[0030] 环电极在P点产生的电势：
【权利要求】
1. 一种离子阱囚禁势分析系统，其特征在于，包括：参数设置模块、信号发生器、中央 处理器、显示器； 所述参数设置模块包括第一正弦信号参数设置模块和第二正弦信号参数设置模块，所 述信号发生器包括第一信号发生器和第二信号发生器，所述第一正弦信号参数设置模块通 过所述第一信号发生器与离子阱的环、帽电极模块连接，所述第二正弦信号参数设置模块 通过所述第二信号发生器与离子阱的补偿电极模块连接；所述离子阱的环、帽电极模块、所 述离子阱的补偿电极模块、所述显示器分别与所述中央处理器连接；中央处理器中设置有 电势计算模块、电势分布图形成模块。
2. 如权利要求1所述的离子阱囚禁势分析系统，其特征在于，所述参数设置模块为按 钮式参数输入器，所述按钮式参数输入器包括：第一正弦信号频率选择按钮、第一正弦信号 幅度选择按钮、第二正弦信号频率选择按钮、第二正弦信号幅度选择按钮、数字按钮、确认 输入按钮、清除按钮； 所述第一正弦信号频率选择按钮、第一正弦信号幅度选择按钮、数字按钮、确认输入按 钮、清除按钮构成所述第一正弦信号参数设置模块；所述第二正弦信号频率选择按钮、第二 正弦信号幅度选择按钮、数字按钮、确认输入按钮、清除按钮构成所述第二正弦信号参数设 置模块。
3. 如权利要求1或2所述的离子阱囚禁势分析系统，其特征在于，所述参数设置模块还 包括离子阱电极材质设置模块，所述离子阱电极材质设置模块与所述中央处理器连接。
4. 如权利要求2所述的离子阱囚禁势分析系统，其特征在于，所述按钮式参数输入器 还包括：环电极材质选择按钮、第一帽电极材质选择按钮、第二帽电极材质选择按钮、第一 补偿电极材质选择按钮、第二补偿电极材质选择按钮、向上选择按钮、向下选择按钮。
5. 如权利要求1或2所述的离子阱囚禁势分析系统，其特征在于，所述参数设置模块还 包括离子阱电极尺寸参数设置模块，所述离子阱电极尺寸参数设置模块与所述中央处理器 连接。
6. 如权利要求2所述的离子阱囚禁势分析系统，其特征在于，所述按钮式参数输入器 还包括：环电极直径选择按钮、环电极长度选择按钮、第一帽电极直径选择按钮、第一帽电 极长度选择按钮、第二帽电极直径选择按钮、第二帽电极长度选择按钮、第一补偿电极直径 选择按钮、第一补偿电极长度选择按钮、第二补偿电极直径选择按钮、第二补偿电极长度选 择按钮。
【文档编号】G01R19/00GK204044222SQ201420194865
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年4月21日 优先权日:2014年4月21日
【发明者】雷海东, 彭黎, 王强 申请人:江汉大学