用于钙离子全光囚禁的离子囚禁装置研究

随着离子光钟技术的飞速发展,由离子光钟中用来囚禁离子的射频场带来的微运动效应对其性能的影响也越来越不可 忽略。 为彻底消除这一效应,提出了全光囚禁离子光钟的实验方案。 针对这一实验方案,设计并搭建了用于钙离子全光囚禁的 离子囚禁装置。 该装置是采用刀片型离子阱设计,能够实现剩余力仅有 10 -20 N 量级的高精度的杂散电场补偿;具备 6 mm 的通 关孔径,很好满足了全光囚禁实验中偶极囚禁激光的通过需求;基于改良的螺旋谐振器设计搭建的射频系统能够实现在 9. 33(1) MHz 较低射频频率下的稳定耦合;结合高达 10 -9 Pa 的真空制备和装配导电玻窗的真空腔体,可以实现长时间的离子 囚禁。 为全光囚禁钙离子提供了实验基础,对光学囚禁离子光钟的实现具有重大意义。     

射频阱中基态Sc3+与Ti3+多电荷离子的产生及存储特性

结合离子阱选择囚禁技术和垂直交叉的离子束碰撞冷却方法 ,在射频阱中用激光溅射纯金属靶产生并选择囚禁了难熔元素钪与钛的低能多电荷离子Scn +(n =1～ 3)和Tin +(n =1～ 4)。在本底气压为 5 6× 10 - 7Pa下 ,测得Sc3 +与Ti3 +离子的衰减速率分别为 1 98s- 1 与 0 5 8s- 1 。     

用于钙离子光频标的高性能脉冲时序产生方法

在钙离子光频标实验研究中,为了保证钟跃迁谱线的测量精度和光频标的锁定精度,方便自动控制实验进程,研究了基于LabVIEW的数字波形法结合数据采集卡产生多通道脉冲信号的方法。该方法采用多路数字信号序列同步输出的方法,由板卡的板载硬件时钟源作为定时器,通过编程从计数器/定时器输出频率连续的矩形脉冲输入到采集卡作为控制各路数字波形输出的同步时钟,数字信号输出过程的数字通道样本输出率可达0.4MHz,脉冲宽度的精度可稳定达到2.5µs,上升延迟小于50ns,而且多路脉冲都以同一个计时起点开始,因此具有很好的分辨率、同步性和稳定性。     

囚禁汞（199Hg+）离子Zeeman谱及磁场效应

囚禁汞离子的光微波双共振实验是开展汞离子微波频标的实验基础。二级Zeeman效应是影响频率稳定度和磁场效应的重要因素之一。利用光学微波双共振方法测量了囚禁199Hg+离子基态Zeeman分裂。通过减小微波扫描的频率范围,得到钟跃迁频率和谱线线宽。采用磁屏蔽材料（坡莫合金）对离子阱囚禁区域的磁场进行屏蔽。使得囚禁汞离子的钟跃迁谱线的线宽减小到1.5Hz。相对于无磁场屏蔽时,钟跃迁频率减小13.5Hz,并利用二级Zeeman效应估算出磁屏蔽后离子囚禁区域磁场大小为0.1高斯。     

钙离子光频标钟跃迁绝对频率测量

回顾了中国科学院精密测量科学与技术创新研究院对钙离子光频标钟跃迁绝对频率的测量工作，并对测量结果被国际计量委员会（CIPM）下属的时间频率咨询委员会（CCTF）采纳的情况进行了总结和描述。在2011～2020年间，利用实验室型光频标和可搬运光钟，采用基于飞秒光梳和卫星链路的方案溯源到国际秒定义，及基于飞秒光梳直接溯源到中国计量科学研究院铯喷泉微波钟的方案，多次测量了钙离子光频标钟跃迁绝对频率，测量不确定度从10^-15量级逐步提高到10^-16量级，共计4个测量结果被CCTF采纳。参与钙离子光频标钟跃迁频率国际推荐值的计算，分别于2012年、2015年、2017年和2021年先后四次更新了钙离子光频标钟跃迁频率推荐值。钙离子光频标钟跃迁于2021年被推荐为新增的“秒的次级表示”。