一种用于囚禁离子的小型真空装置和方法制造方法及图纸

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，使例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。

【技术实现步骤摘要】
一种用于囚禁离子的小型真空装置和方法
本申请涉及微波测量
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本申请实施例还提出一种囚禁离子产生方法，使用本申请任意一项实施例所述的用于囚禁离子的小型真空装置，包含以下步骤：使电子枪阴极灯丝产生的电子束中心对准离子阱的中心线；通过炉子加热，控制温度得到合适的原子密度；通过在离子阱柱电极上施加交变射频、帽电极施加静电场，使例子囚禁于离子阱中心。本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：本专利技术通过小型的炉子、电子枪，可实现离子囚禁装置的小型化和集成化，可根据需求随意集成。本专利技术可实现大数目离子的稳定囚禁，囚禁离子数可达到5E8个。附图说明此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1为本专利技术一种用于囚禁离子的小型真空装置示意图。其中，1-泵组接口，2-线圈，3-馈电法兰，4-炉子，5-真空腔体，6-离子阱，7-石英窗口，8-支撑结构，9-电子枪。具体实施方式为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。如图1所示，本专利技术提供的用于囚禁离子的小型真空装置包括：泵组接口1、馈电法兰3、真空腔体5、石英窗口7、支撑结构8，还包括线圈2、炉子4、离子阱6、电子枪9。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。真空腔体主体第二腔体外形为立方体，腔体外壳尺寸80mm×80mm×80mm，共六个接口，一般采用CF35接口，一个为泵组接口，水平两个法兰接口用于固定支撑炉子、离子阱和电子枪，以及其工作所需要的馈电，炉子固定在另外一侧法兰，并带有测温电阻，通过加热产生所需要的原子，通过控制温度得到适宜的原子密度。优选地，所述电子枪包含阴极灯丝、阳极结构和支撑结构(或第一支撑结构，与阳极结构之间通过螺钉或螺栓连接)；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；或者，阴极灯丝通过支撑结构固定在第一馈电法兰上，并通过第一馈电法兰电极进行馈电。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。阴极灯丝可选用商用灯丝，电流一般在2A左右；阳极为中空环形结构，中空直径约4mm，优选地，阳极结构为不锈钢中空圆环板，板平面与阴极灯丝发射电子束的方向垂直，阴极灯丝的中心与、阳极中心和离子阱的中心线同心，使电子能够达到离子阱中心，对原子进行离化。第一馈电法兰电极外接电子枪电路；阴极灯丝可选用Kimballphysics的通用产品ES-420；第一馈电法兰电极进行馈电的电流约为2A。最优地，第一馈电法兰电极外接的电子枪电路使灯丝的电压相对于阳极为-200V，并且可以进行接地与-200V切换。优选地，所述离子阱包含柱电极、帽电极和支撑结构(第二支撑结构，可通过螺钉或螺栓与帽电极固定连接，还可通过螺纹连接方式与所述柱电极的外表面固定连接。)，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通过腔体内法兰固定于第二腔体的内表面，离子阱横截面和阳极结构同心。其中离子阱位于真空腔体的中心，腔体内表面通过设计，使离子阱的外部固定结构与腔体内部紧密绝缘接触，以保证离子阱结构的水平及以免长时间受力，导致离子阱结构变形。进一步地，所述帽电极横截面呈T字形，中心开孔的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于囚禁离子的小型真空装置，其特征在于，包含泵组接口、馈电法兰、石英窗口、真空腔体；/n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；/n所述泵组接口，用于连接真空泵组；/n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；/n所述石英窗口位于第二腔体壁。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于囚禁离子的小型真空装置，其特征在于，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。


2.如权利要求1所述的用于囚禁离子的小型真空装置，其特征在于，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。


3.如权利要求1所述的用于囚禁离子的小型真空装置，其特征在于，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。


4.如权利要求3所述的用于囚禁离子的小型真空装置，其特征在于，所述帽电极横截面...

【专利技术属性】
技术研发人员：王暖让，赵环，陈星，薛潇博，张升康，
申请(专利权)人：北京无线电计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11