專利名稱：線型離子阱射頻共振吸收信號(hào)的檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及原子分子物理學(xué)，更具體涉及離子阱射頻共振吸收信號(hào)的檢測(cè)。
背景技術(shù)：
離子阱能將離子長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)，可以得到一種近乎孤立的離子體系，為被研究的離子創(chuàng)造一種潔凈的“自由空間”。為物理學(xué)基礎(chǔ)研究提供理想的研究對(duì)象。在應(yīng)用研究領(lǐng)域中作為新一代高精度、高穩(wěn)定度離子頻標(biāo)的前景被廣泛看好。因此離子阱物理中的離子囚禁技術(shù)以及相關(guān)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和信號(hào)探測(cè)手段是實(shí)驗(yàn)中的重要組成部分之一。
囚禁離子信號(hào)的檢測(cè)有多種方法，其中射頻共振吸收檢測(cè)較易實(shí)現(xiàn)。其原理是囚禁在阱中的離子以某種特定的頻率運(yùn)動(dòng)，在外檢測(cè)電路中加入一微弱的檢測(cè)場(chǎng)，當(dāng)檢測(cè)場(chǎng)的頻率與離子的微運(yùn)動(dòng)頻率相等時(shí)囚禁在阱中的離子就會(huì)吸收檢測(cè)場(chǎng)的能量，檢測(cè)場(chǎng)的幅度就會(huì)下降，形成一吸收峰。吸收峰的峰高與囚禁在阱中的離子總數(shù)和檢測(cè)電路的靈敏度有關(guān)。當(dāng)阱體的工作點(diǎn)等參數(shù)確定后檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度越高可檢測(cè)到的離子數(shù)目就越少即信噪比越高。
現(xiàn)有線型離子阱中射頻共振吸收信號(hào)的檢測(cè)裝置由500千赫茲囚禁場(chǎng)、50千赫茲窄帶放大器、計(jì)算機(jī)、囚禁場(chǎng)升壓變壓器、線型離子阱、接地點(diǎn)、耦合電容C組成。射頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生500千赫茲信號(hào)經(jīng)高頻變壓器轉(zhuǎn)換成500伏的離子阱囚禁離子的高頻電場(chǎng)接到線型離子阱中用來囚禁被選擇的離子。550千赫茲的正弦波信號(hào)經(jīng)耦合電容到高頻變壓器的一個(gè)中心繞組。高頻變壓器的另一個(gè)中心抽頭連接到接地點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)中由被囚禁在阱中的離子由計(jì)算機(jī)控制掃描囚禁場(chǎng)的電壓幅度，在連接到50千赫茲窄帶放大器的線圈中心抽頭點(diǎn)就會(huì)檢測(cè)到50千赫茲的信號(hào)。該信號(hào)來自550千赫茲?rùn)z測(cè)場(chǎng)和500千赫茲囚禁場(chǎng)的差頻即50千赫茲。再由窄帶放大器放大，計(jì)算機(jī)在掃描的同時(shí)采集來自放大器的信號(hào)。并顯示作圖。這種檢測(cè)裝置的不足之處在于信號(hào)的探測(cè)與囚禁場(chǎng)不同步、檢測(cè)靈敏度低、信噪比差、檢測(cè)出的信號(hào)幅度小。
不同頻率同源信號(hào)發(fā)生器可輸出500千赫茲方波信號(hào)、550千赫茲正弦波信號(hào)和50千赫茲方波信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是，提供一種線型離子阱射頻共振吸收信號(hào)的檢測(cè)裝置，該裝置用鎖相放大器取代現(xiàn)有該檢測(cè)裝置的窄帶放大器，用同一個(gè)振蕩源信號(hào)分出了三個(gè)同源不同頻率的信號(hào)，解決了鎖相放大器外參考通道和信號(hào)通道之間的同步問題，有效地提高了檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種線型離子阱射頻共振吸收信號(hào)的檢測(cè)裝置，該裝置由同源信號(hào)發(fā)生器、射頻功率放大器、鎖相放大器、計(jì)算機(jī)、囚禁場(chǎng)升壓變壓器、線型離子阱、接地點(diǎn)、耦合電容組成。同源信號(hào)發(fā)生器輸出三路信號(hào)，第一路信號(hào)為500千赫茲方波信號(hào)到射頻功率放大器，第二路信號(hào)為550千赫茲的正弦波信號(hào)到耦合電容，第三路信號(hào)為50千赫茲方波到鎖相放大器；射頻功率放大器將接收到的第一路信號(hào)放大成正弦波信號(hào)，同時(shí)由計(jì)算機(jī)掃描控制其輸出幅度；囚禁場(chǎng)升壓變壓器將來自功率放大器的信號(hào)轉(zhuǎn)換成500伏的離子阱囚禁離子的射頻電壓；耦合電容將第二路550千赫茲的正弦波信號(hào)輸出到探測(cè)繞組的中心點(diǎn)，作為共振吸收的弱檢測(cè)場(chǎng)；鎖相放大器將接收到的第三路50千赫茲方波的信號(hào)并經(jīng)來自第三路50千赫茲方波信號(hào)的同步，放大后的信號(hào)到計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)同時(shí)產(chǎn)生一掃描信號(hào)至射頻功率放大器控制其輸出幅度；線型離子阱用來囚禁被選擇的離子，550千赫茲的正弦波信號(hào)經(jīng)耦合電容輸出到探測(cè)繞組的中心點(diǎn)，作為共振吸收的弱檢測(cè)場(chǎng)。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)為用鎖相放大器取代窄帶放大器，充分利用鎖相放大器的高精度、高靈敏度、高Q值、選擇性好的特點(diǎn)；用同一個(gè)振蕩源信號(hào)分出了三個(gè)同源不同頻率的信號(hào)，解決了鎖相放大器外參考通道和信號(hào)通道之間的同步問題，有效地提高了檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度，其靈敏度比現(xiàn)有技術(shù)至少高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中1為同源信號(hào)發(fā)生器、2為射頻功率放大器、3為鎖相放大器、4為計(jì)算機(jī)、5為升壓變壓器、6為線型離子阱、7為接地點(diǎn)、8為耦合電容。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明由圖1可知本實(shí)用新型的一種線型離子阱射頻共振吸收信號(hào)的檢測(cè)裝置由同源信號(hào)發(fā)生器1、射頻功率放大器2、鎖相放大器3、計(jì)算機(jī)4、囚禁場(chǎng)升壓變壓器5、線型離子阱6、接地點(diǎn)7、耦合電容8組成。同源信號(hào)發(fā)生器1輸出三路信號(hào)，第一路信號(hào)為500千赫茲方波信號(hào)到射頻功率放大器2，第二路信號(hào)為550千赫茲的正弦波信號(hào)到耦合電容8，第三路信號(hào)為50千赫茲方波到鎖相放大器3；射頻功率放大器2將接收到的第一路信號(hào)放大成正弦波信號(hào)，同時(shí)由計(jì)算機(jī)4掃描控制其輸出幅度；囚禁場(chǎng)升壓變壓器5將來自功率放大器2的信號(hào)轉(zhuǎn)換成500伏的離子阱囚禁離子的高頻電場(chǎng)；耦合電容8采用1000微微法將第二路550千赫茲的正弦波信號(hào)輸出到探測(cè)繞組的中心點(diǎn)，作為共振吸收的弱檢測(cè)場(chǎng)；鎖相放大器3將接收到的第三路50千赫茲方波的信號(hào)并經(jīng)來自第三路50千赫茲方波信號(hào)的同步，放大后的信號(hào)至計(jì)算機(jī)4。計(jì)算機(jī)4同時(shí)產(chǎn)生一掃描信號(hào)至射頻功率放大器2控制其輸出幅度。線型離子阱6用來囚禁被選擇的離子并用于物理實(shí)驗(yàn)。550千赫茲的正弦波信號(hào)經(jīng)1000微微法耦合電容輸出到探測(cè)繞組的中心點(diǎn)，作為共振吸收的弱檢測(cè)場(chǎng)。
用本實(shí)用新型線型離子阱射頻共振吸收信號(hào)的檢測(cè)裝置檢測(cè)線型離子阱囚禁離子的射頻共振吸收信號(hào)的方法按下列步驟進(jìn)行1、在線型離子阱6中，用電子槍轟擊氣體原子，產(chǎn)生待測(cè)離子；
2、同源信號(hào)發(fā)生器1輸出500千赫茲、550千赫茲和50千赫茲三路不同頻率的脈沖信號(hào)；3、500千赫茲方波信號(hào)經(jīng)射頻功率放大器2成正弦波，再由升壓變壓器5成射頻電壓，線型離子阱6在射頻電壓的作用下，把待測(cè)離子囚禁在線型離子阱6中；4、關(guān)閉電子槍；5、550千赫茲正弦波信號(hào)經(jīng)耦合電容8為弱檢測(cè)場(chǎng)，將該弱檢測(cè)場(chǎng)加到升壓變壓器5次級(jí)的另一個(gè)繞組的公共端；6、50千赫茲方波信號(hào)至鎖相放大器3，作外參考信號(hào)；7、計(jì)算機(jī)4將0-5伏的模擬電壓均勻分成10-100個(gè)模擬電壓值，逐個(gè)輸出模擬電壓至射頻功率放大器2，射頻功率放大器2將計(jì)算機(jī)輸出的模擬電壓和500千赫茲方波信號(hào)共同合成正弦波，再由升壓變壓器5成射頻電壓；8、射頻電壓值與離子微運(yùn)動(dòng)頻率的關(guān)系由下列公式確定ω2=q2V22m2Ω2R4]]>ω是囚禁在阱中離子微運(yùn)動(dòng)角頻率；q是電子電荷量；V是囚禁場(chǎng)的電壓；Ω是囚禁場(chǎng)的角頻率；m是被囚禁離子的質(zhì)量；R是離子阱的幾何尺寸；當(dāng)射頻電壓值V正好與離子微運(yùn)動(dòng)角頻率ω對(duì)應(yīng)，而這個(gè)頻率與步驟5的弱檢測(cè)場(chǎng)頻率相同時(shí)，囚禁在線型離子阱6中的離子會(huì)吸收外部弱檢測(cè)場(chǎng)的能量，鎖相放大器3會(huì)檢測(cè)到一吸收峰，峰值就是囚禁離子的微運(yùn)動(dòng)頻率，這就是線型離子阱囚禁離子的射頻共振吸收信號(hào)。
權(quán)利要求1.線型離子阱射頻共振吸收信號(hào)的檢測(cè)裝置，其特征在于，該裝置由同源信號(hào)發(fā)生器(1)、射頻功率放大器(2)、鎖相放大器(3)、計(jì)算機(jī)(4)、囚禁場(chǎng)升壓變壓器(5)、線型離子阱(6)、接地點(diǎn)(7)、耦合電容(8)組成；同源信號(hào)發(fā)生器(1)輸出三路信號(hào)，第一路信號(hào)為500千赫茲方波信號(hào)到射頻功率放大器(2)，第二路信號(hào)為550千赫茲的正弦波信號(hào)到耦合電容(8)，第三路信號(hào)為50千赫茲方波到鎖相放大器(3)；射頻功率放大器(2)將接收到的第一路信號(hào)放大成正弦波信號(hào)，同時(shí)由計(jì)算機(jī)(4)掃描控制其輸出幅度；囚禁場(chǎng)升壓變壓器(5)將來自功率放大器(2)的信號(hào)轉(zhuǎn)換成500伏的離子阱囚禁離子的高頻電場(chǎng)；耦合電容(8)將第二路550千赫茲的正弦波信號(hào)輸出到探測(cè)繞組的中心點(diǎn)；鎖相放大器(3)將接收到的第三路50千赫茲方波的信號(hào)并經(jīng)來自第三路50千赫茲方波信號(hào)的同步，放大后的信號(hào)至計(jì)算機(jī)(4)；計(jì)算機(jī)(4)同時(shí)產(chǎn)生一掃描信號(hào)至射頻功率放大器(2)控制其輸出幅度；線型離子阱(6)用來囚禁被選擇的離子，550千赫茲的正弦波信號(hào)經(jīng)耦合電容輸出到探測(cè)繞組的中心點(diǎn)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種線型離子阱射頻共振吸收信號(hào)的檢測(cè)裝置，涉及原子分子物理學(xué)。該裝置由同源信號(hào)發(fā)生器(1)、射頻功率放大器(2)、鎖相放大器(3)、計(jì)算機(jī)(4)、囚禁場(chǎng)升壓變壓器(5)、線型離子阱(6)、接地點(diǎn)(7)、耦合電容(8)組成；用鎖相放大器取代現(xiàn)有該檢測(cè)裝置的窄帶放大器，用同一個(gè)振蕩源信號(hào)分出了三個(gè)同源不同頻率的信號(hào)，其優(yōu)點(diǎn)在于充分利用鎖相放大器的高精度、高靈敏度、高Q值、選擇性好的特點(diǎn)；解決了鎖相放大器外參考通道和信號(hào)通道之間的同步問題，有效地提高了檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度，其靈敏度比現(xiàn)有技術(shù)高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。
文檔編號(hào)G01N27/00GK2665709SQ200320125458
公開日2004年12月22日 申請(qǐng)日期2003年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月18日
發(fā)明者李交美, 高克林, 朱燕舞, 邵輝麗, 朱熙文 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所