[发明专利]一种微波频标离子数量的检测方法及装置

说明书

本申请公开了一种微波频标离子数量的检测方法及装置，解决了现有技术检测微波频标离子数量检测精度低、难度大、对离子反应不够灵敏且不利于集成和小型化的问题。该检测方法根据四极线型离子阱内电势分布方程推算离子的慢运动频率，再确定检测信号的中心频率为慢运动频率，扫描范围为±10kHz，将检测信号加载到四极线型离子阱的端电极上，四极线型离子阱的另一个端电极接地。检测信号的输入频率在四极线型离子阱处被吸收，根据透射频谱计算离子数量。在检测时计算机控制晶体振荡器产生检测信号，检测信号经滤波放大后经分压电阻输入四极线型离子阱，输入频率被离子阱内离子吸收后输出透射信号，透射信号经滤波与检测信号锁相放大传输至计算机处理。

技术领域

本申请涉及电磁场领域，尤其涉及一种微波频标离子数量的检测方法及装置。

背景技术

汞离子微波频标是一种新型频标，其采用了不同于氢、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，因此可大大提高汞离子微波频标的性能指标。但现有技术对汞离子微波频标数量检测方法研究不深，一般只能通过现有仪器设备进行简单测试。这种检测方法存在检测精度低、难度大、对离子反应不够灵敏且不利于集成和小型化的问题。

因此，本申请提出一种新型微波频标离子数量的检测方法及装置，解决了目前汞离子微波频标离子数量检测方法精度低、检测难度大及系统难以小型化等问题。

发明内容

本申请实施例提供一种微波频标离子数量的检测方法及装置，用于解决现有技术检测汞离子微波频标离子数量精度低、检测难度大的等问题。该检测方法包括以下步骤：

根据四极线型离子阱内电势分布方程推算离子的慢运动频率，根据离子运动频率确定检测信号的中心频率为慢运动频率，扫描范围为±10kHz。将所述检测信号加载到四极线型离子阱的一个端电极上，另外一个端电极接地。检测信号的输入频率在四极线型离子阱处被吸收，根据透射频谱计算离子数量。

优选地，所述微波频标为汞离子微波频标。

优选地，所述根据透射频谱计算离子数量的公式为：其中b和Γ为电路常数，d₀为端电极到阱中心的距离，f为囚禁场频率，R为电阻值，1/R₀为检测电路谐振导纳，Y_max和Δω分别为射频检测信号吸收曲线的峰值和半高全宽，N为离子数量。

本申请实施例还提供一种微波频标离子数量的检测装置，适用上述实施例所述的微波频标离子数量检测方法，解决了现有技术系统难以小型化的问题。

所述装置采用以下技术方案：

一种检测微波频标离子数量的装置，包括计算机、晶体振荡器、滤波放大器、分压电阻、四极线型离子阱、滤波器和锁相放大器。所述晶体振荡器用于产生检测信号，包括控制端、输出端和锁相端，计算机与晶体振荡器控制端连接，晶体振荡器的输出端与滤波放大器输入端连接。所述滤波放大器对所述检测信号进行滤波并放大；所述分压电阻的一端与滤波放大器连接，另一端与四极线型离子阱连接，所述检测信号通过分压电阻输入四极线型离子阱的端电极。所述四极线型离子阱内的离子对检测信号进行吸收，透射信号经滤波器进行滤波。所述锁相放大器与所述晶体振荡器的锁相端、滤波器和计算机连接。经过滤波器滤波后的透射信号与晶体振荡器提供的检测信号在锁相放大器内锁相放大，将得到的透过频谱通过输出端传输至计算机。所述计算机用于控制所述晶体振荡器的输出频率，以离子慢运动频率为中心频率在±10kHz范围变化，所述计算机还用于根据透射频谱计算离子数量。

优选地，所述四极线型离子阱包括柱电极和端电极。

优选地，所述柱电极的电压幅值在300V～2000V之间。