[发明专利]一种高通光离子阱装置

说明书

本发明提供了一种高通光离子阱装置，包括离子阱刀片组(1)以及玻璃腔室(2)，离子阱刀片组(1)设置于玻璃腔室(2)对角线的交点上；离子阱刀片组(1)包括一对射频电极(101)以及一对直流电极(102)，一对射频电极(101)以及一对直流电极(102)形成四个通光夹角，四个通光夹角的四个顶点围成的平面具有一中心轴，四个顶点距离中心轴的垂直距离相等，平面沿中心轴方向延伸得到的区域为中央囚禁区(3)；四个通光夹角一一对应玻璃腔室(2)的四个透明玻璃面；中心轴与四个透明玻璃面外表面的距离可调节。

技术领域

本发明涉及量子信息、量子化学、光学频标、量子光学领域，具体涉及一种具有高度通光性的离子阱装置。

背景技术

离子阱是一种一种使用磁场或者射频电场束缚单个或者多个离子的装置。Wolfgang Paul在1953年发明的美国专利US 2939952中提出了Paul 阱，利用射频电场和静电场实现对带电粒子的束缚。Paul阱使用一对相对放置的双曲面金属电极作为射频电极，其制作难度大，组装困难，且通光性差。后来出现了一批结构改进的Paul阱，比如线性四极杆阱、线性刀片阱、微纳加工的芯片阱、表面阱。

但是，四极杆阱由于直流电极数量较少，对单个离子的调控仍然很困难，因此对多离子的调控能力有限；线性刀片阱制作相对简单，通光性好且对离子束缚能力强，缺点是体积较大且组装误差较大；芯片阱加工困难，设计和制作周期长，最为重要的是通光性差，其中利用多层芯片组装的芯片阱一般只有一个方向具有通光的开槽，需要同时供给荧光收集和激光入射，极大地限制了激光的入射方向和操作能力；表面阱其加工难度较高，势阱较浅，表面阱阱深只有20-200meV，离子束缚稳定性较差，因此通常需要超低温环境，如4K温度以下来提供更好的真空条件，这反而增加了实验设备的复杂度和成本，并且，表面阱的通光性也由于低温系统的大型体积而受到限制。

因此，制备一种制作方式简单、性能优良的离子阱是目前亟待解决的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种高通光离子阱装置，至少用于解决制作过程复杂，应用环境苛刻，通光性差的问题。

(二)技术方案

本发明提供一种高通光离子阱装置，包括离子阱刀片组1以及玻璃腔室2，离子阱刀片组1设置于玻璃腔室2对角线的交点上；离子阱刀片组 1包括一对射频电极101以及一对直流电极102，一对射频电极101以及一对直流电极102形成四个通光夹角，四个通光夹角的四个顶点围成的平面具有一中心轴，四个顶点距离中心轴的垂直距离相等，平面沿中心轴方向延伸得到的区域为中央囚禁区3；四个通光夹角一一对应玻璃腔室2的四个透明玻璃面；中心轴与四个透明玻璃面外表面的距离可调节。

可选地，通过改变四个透明玻璃面的尺寸以调节中心轴与四个透明玻璃面外表面的垂直距离。

可选地，中心轴与四个透明玻璃面外表面的距离均大于1cm且小于 5cm。

可选地，一对直流电极102中的任一直流电极包括至少五段电极，至少五段电极中两端的电极用于对离子提供轴向束缚力，至少五段电极中的中间的电极用于对束缚离子位置的控制。

可选地，装置还包括：刀片固定基板4、引线支柱5、固定侧板6、固定底板7、至少一个的固定梁8、不锈钢真空腔9以及原子炉10；原子炉 10设置于引线支柱5上，离子阱刀片组1、刀片固定基板4、引线支柱5、固定侧板6、固定底板7以及至少一个的固定梁8依次连接并固定在不锈钢真空腔9上；引线支柱5穿过玻璃腔室2的一侧玻璃面。

可选地，不锈钢真空腔9包括至少一个的侧面窗口901，侧面窗口901 为装置提供真空环境。

可选地，高通光离子阱装置还包括：玻璃管12、玻璃腔转接管13以及玻璃腔转接法兰14；玻璃腔室2、玻璃管12、玻璃腔转接管13、玻璃腔转接法兰14依次连接并固定。