[發(fā)明專利]基于43Ca+離子測量微弱高頻交變磁場的裝置及方法

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• 申請日: 2019-03-15
• 公開（公告）號: CN109814049A
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發(fā)明（設計）人: 周飛;熊飛雷;章嘉偉;李加沖;馮芒
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢物理與數學研究所
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 李鵬;王敏鋒

本發(fā)明公開了基于⁴³Ca⁺離子測量微弱高頻交變磁場的裝置，包括真空室，還包括設置在真空室內的線形離子阱和⁴³Ca原子爐，真空室上周向均勻分布有第一CF63接口、第二CF63接口、第三CF63接口、第四CF63接口、第五CF63接口、第六CF63接口、第七CF63接口和第八CF63接口，第一CF63接口～第八CF63接口的中心點位于同一分布圓周，真空室的頂面設置有第一CF200接口，真空室的底面設置有第二CF200接口，本發(fā)明還公開了基于⁴³Ca⁺離子測量微弱高頻交變磁場的方法，本發(fā)明實現了對微弱交變磁場非常精密的測量；對磁場的空間分辨可以達到33納米級別；在室溫下進行，無需低溫裝置。

技術領域

本發(fā)明涉及離子阱磁力儀實驗領域，具體涉及基于⁴³Ca⁺離子測量微弱高頻交變磁場的裝置，還涉及基于⁴³Ca⁺離子測量微弱高頻交變磁場的方法，適合于精密測量室溫環(huán)境下非常微弱的高頻交變磁場。

背景技術

在上世紀，量子力學的提出導致了技術的一場革命，一些重要的發(fā)明，如激光、半導體等，對人類的生活產生了深遠的影響。到上世紀末，量子信息科學與技術的發(fā)展帶來了第二次量子技術革命。作為第二次量子革命的重要組成部分，量子精密測量技術基于量子態(tài)和量子操控技術可以比之前的測量技術更為精確地測量時間、位移、角速度等基本物理量。

磁感應強度是磁場強度的度量。高精度地測量磁感應強度是一個國家科技水平的象征。相比對靜磁場的精密測量，對弱的交變磁場實施精密測量是一件相當困難的事情。本發(fā)明是基于囚禁單個⁴³Ca⁺離子的離子阱體系作為高精度測量交變磁場的磁力儀。

本發(fā)明中，離子阱整體系統(tǒng)處于室溫，只需要運用激光對離子進行能量耗散而達到冷卻的效果。由于整個系統(tǒng)處于超高真空的狀態(tài)，離子能長時間穩(wěn)定地處于電磁勢阱中，并且可以高精度地被激光操控。因此，這是一個結構簡潔、環(huán)境純凈且技術成熟的量子系統(tǒng)，非常適合作為一個測量裝置。

對于⁴³Ca⁺離子這樣一個有磁矩的微觀粒子，通過外部調節(jié)一個靜磁場，使⁴³Ca⁺離子產生的能級劈裂與微弱交變磁場的頻率相匹配。同時，該微弱磁場使系統(tǒng)在不同磁本征態(tài)之間發(fā)生振蕩(簡稱拉比振蕩)。通過測量拉比振蕩的頻率，就能探測到交變磁場的幅度大小。本發(fā)明采用恰當的工作區(qū)域，抑制由于偏置靜磁場的微小抖動造成的共振信號偏離，保證本方案在非理想條件下能夠正常工作。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是針對現有技術存在的上述問題，提供基于⁴³Ca⁺離子測量微弱高頻交變磁場的裝置，還提供基于⁴³Ca⁺離子測量微弱高頻交變磁場的方法，實現對微弱交變磁場信號的精密測量。

為了實現上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

基于⁴³Ca⁺離子測量微弱高頻交變磁場的裝置，包括真空室，還包括設置在真空室內的線形離子阱和⁴³Ca原子爐，

真空室上周向均勻分布有第一CF63接口、第二CF63接口、第三CF63接口、第四CF63接口、第五CF63接口、第六CF63接口、第七CF63接口和第八CF63接口，第一CF63接口～第八CF63接口的中心點位于同一分布圓周，真空室的頂面設置有第一CF200接口，真空室的底面設置有第二CF200接口，

第一CF63接口上設置有用于入射光電離激光到線形離子阱中心的通光窗口；第五CF63接口上設置有用于入射多普勒冷卻激光和回泵激光到線形離子阱中心的的通光窗口，且第一CF63接口與第五CF63接口分別安裝有磁場線圈，