[发明专利]一种用于囚禁离子的小型真空装置和方法

说明书

本申请公开了一种用于囚禁离子的小型真空装置和方法，所述小型真空装置包含泵组接口、馈电法兰、石英窗口、真空腔体；所述真空腔体包含顺序连接的第一腔体、第二腔体、第三腔体；所述泵组接口，用于连接真空泵组；所述馈电法兰位于所述真空腔体的两端，第一馈电法兰对安装于第一腔体内的电子枪进行馈电；电子枪产生的电子束经位于第二腔体内的离子阱进入第三腔体；第二馈电法兰对安装于第三腔体内的炉子馈电；所述石英窗口位于第二腔体壁。所述方法包含抽真空、对准、加热、加交变射频和静电场的步骤，使离子囚禁于离子阱中心。本申请解决目前离子微波频标用囚禁离子真空装置体积较大、囚禁离子数较少等问题。

技术领域

本申请涉及微波测量技术领域，尤其涉及一种用于囚禁离子的小型真空装置和一种用于囚禁离子的方法。

背景技术

离子微波频标是一种新型频标，采用了不同于氢、铷、铯等传统原子频标的全新工作原理。其具有基本不受实物粒子和外场的扰动，运动效应小和量子态相干时间长等内在特点，谱线宽度极窄，各种频移很小。其中一个主要的原因是通过在离子阱施加静电场、磁场或者射频场，将工作离子囚禁于超高真空的离子阱中心，使离子完全孤立，处于“完全静止状态”，不受到外界的干扰，因此可大大提高离子微波频标的性能指标。离子微波频标采用光谱灯对离子的超精细能级进行泵浦，在微波作用下高能级的原子跃迁至低能级，产生荧光信号，被探测系统采集。当微波信号频率在一定范围内扫频时，光探测系统会得到Ramsey信号，将标准信号源锁定在Ramsey信号上可以获得极高稳定度的输出信号。其中最关键的技术为离子囚禁技术，在完成大数目离子囚禁的基础上可实现小型化是实现高指标、实用化微波频标的关键所在。

目前进行离子微波频标研究时，大多采用双曲面阱及商用炉子，则导致当前的研究存在以下问题：1.体积较大，难以实现小型化、集成化，不利于离子微波频标的应用；2、囚禁离子数较少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于囚禁离子的小型真空装置和方法，用以解决目前离子微波频标用囚禁离子真空装置体积较大、囚禁离子数较少等问题。

本申请实施例提供一种用于囚禁离子的小型真空装置，包含泵组接口、馈电法兰、石英窗口、真空腔体；

所述真空腔体包含顺序连接的第一腔体、第二腔体、第三腔体；

所述泵组接口，用于连接真空泵组；

所述馈电法兰位于所述真空腔体的两端，第一馈电法兰对安装于第一腔体内的电子枪进行馈电；电子枪产生的电子束经位于第二腔体内的离子阱进入第三腔体；第二馈电法兰对安装于第三腔体内的炉子馈电；

所述石英窗口位于第二腔体壁。

优选地，所述电子枪包含阴极灯丝、阳极结构和支撑结构；所述阴极灯丝和阳极结构通过支撑结构固定连接，并衔接于第一馈电法兰；所述阳极结构具有中孔，用于电子束穿过阳极结构进入离子阱。进一步地，所述阴极灯丝和阳极结构之间为负电压，绝对值不小于200V。

优选地，所述离子阱包含柱电极和帽电极，帽电极中心开孔，使电子束能够进入到离子阱的中心；所述离子阱结构通过离子阱支撑结构和所述阳极结构固定连接且固定于第二腔体的内表面，离子阱横截面和阳极结构同心。

进一步地，所述帽电极横截面呈T字形，中心开孔的金属体伸入柱电极围成的腔内。

在本申请任意一个实施例中，优选地，所述炉子固定在第二馈电法兰，并带有测温电阻。

在本申请任意一个实施例中，优选地，所述阳极结构中空直径为4mm。

在本申请任意一个实施例中，优选地，所述帽电极的中心开孔直径为3mm。

在本申请任意一个实施例中，优选地，所述真空腔体的在真空度≤1E-8Pa。