線形離子阱雜散電場漂移的測量與優化

王淼, 陳正, 黃垚, 管樺, 高克林?

(1 中國科學院精密測量科學與技術創新研究院波譜與原子分子物理國家重點實驗室, 湖北 武漢 430071;2 中國科學院精密測量科學與技術創新研究院原子頻標重點實驗室, 湖北 武漢 430071;3 中國科學院大學, 北京 100049)

0 引 言

基于囚禁單個粒子使其與外界環境分隔開來的物理方法,可以為科學實驗提供良好的平臺,對于促進科學實驗的發展具有重要意義。隨著離子阱技術的發展,通過射頻場可以實現把單個離子囚禁于離子阱中[1]。這項技術在光頻標[2?4]、量子信息[5,6]和量子模擬[7,8]等很多實驗領域中都有應用。離子光頻標就是基于離子阱通過射頻場對單個離子進行囚禁而實現的,通過激光冷卻來降低離子的運動速度,然后研制一臺超穩定的窄線寬探測激光器作為本振源,以實現鐘躍遷光譜的探測,并利用飛秒光學頻率梳技術實現由可見光頻率到微波頻率的轉換,最終實現可直接使用的超高穩定度的頻率輸出[9]。然而在射頻場中,離子由于雜散電場、熱運動以及勢場相位差等原因偏離了射頻勢場的鞍點,就會產生微運動[10,11]。因此,在光頻標的實驗中,微運動會使系統頻率測量產生很大的誤差[3]。每次實驗開始之前,都通過外加電場將微運動補償至最佳狀態,以減小其影響。但是由于附著在真空系統的玻窗和倒視窗等電介質上的自由電荷會隨時間衰減,使得離子阱的雜散電場隨時間發生漂移。微運動的影響會逐漸顯現出來,使得在實驗過程中需要不斷地進行補償來減小其影響,這會減少實驗的有效時間。……