[实用新型]一种电子管振荡高压离子阱射频装置

说明书

本实用新型公开了一种电子管振荡高压离子阱射频装置，涉及离子阱射频装置。本实用新型的结构是：电子管(1)、振荡电路(2)、升压磁环(3)和射频离子阱(4)依次连接；直流电压源(0)分别给电子管(1)和振荡电路(2)供电；散热风扇(5)设置在电子管(1)附近。本实用新型具有以下优点和积极效果：①此离子阱射频装置应用电子管，功率大，负载能力强，线性性能好；②此离子阱射频装置基于振荡电路，输出电压大，电流小，热效应和电磁干扰小，安全性好；③在保证电路功能稳定安全的情况下，可以产生两路相位相反，幅值相同，幅值最大为250V，频率范围为1‑10MHz的射频电压；④该装置可以广泛用于离子囚禁和激光冷却研究和应用领域。

技术领域

本实用新型涉及离子阱射频装置，尤其涉及一种电子管振荡高压离子阱射频装置，适用于离子囚禁和激光冷却研究和应用领域。

背景技术

离子阱是利用在一定区域内建立一个梯度势场，将离子囚禁于势能最低点。射频离子阱是应用最广泛的一种离子阱之一，其原理是通过在离子阱帽端极杆(轴向)上加直流电场，对角极杆(径向)上加射频电场产生三维囚禁势场。对于特定电荷数的离子，相同的轴向直流电场对不同质量的离子囚禁能力是一样的，且对电压要求不高，而相同的径向射频电场对质量越大的离子囚禁能力越弱，因此当需要囚禁大质荷比离子时，需要加电压幅值(U_rf)较大的射频场，有时甚至需要高达千伏量级。被囚禁后离子的运动状态取决于射频场的稳定度，因此为了稳定地囚禁质荷比较大的离子，发展射频电压高且稳定的射频装置是非常有必要的。

目前，常用的离子阱射频装置是通过三级及以上晶体管功率放大电路，将小信号射频电压放大为大信号射频电流，再通过变压器放大为峰峰值几百伏的射频电压。但是，当需要进一步提高离子阱的射频电压时，容易产生以下问题：1、需要更多级晶体管功率放大电路，波形有一定非线性失真；2、大的射频电流热效应更严重，功率损耗更大；3、大的射频电流容易造成电磁干扰； 4、升压变压器需要更高的放大倍数。

为了弥补利用晶体管将小信号射频电压多级放大的离子阱射频装置产生的问题，基于电子管振荡产生射频电压是一种很好的解决方式。电子管与晶体管相比，有着独特的优势：1、功率大，负载能力强；2、线性性能好；3、输出电压大，电流小。电子管振荡电路的原理是：电感与电容构成并联谐振电路，利用电容与电感的储能特性，使电磁能量交替转化产生振荡，电子管将直流电能供给振荡电路补充损耗，以维持电路等幅振荡。通过电子管振荡电路可以直接产生峰峰值几百伏的射频电压，其不需要小信号射频电压多级放大，结构简单；输出电压大，电流小，热效应和电磁干扰小，安全性好，更适合用于囚禁大质荷比离子的射频装置，可以广泛应用于离子囚禁和激光冷却研究和应用领域。

综上所述，当需要进一步提高离子阱的射频电压时，常用的利用晶体管将小信号射频电压多级放大的离子阱射频装置，波形有一定非线性失真，大的射频电流热效应更严重，功率损耗更大，容易造成电磁干扰。相比而言，基于电子管振荡产生射频电压是一种更好的解决方式，其特点是不需要多级放大，结构简单；输出电压大，电流小，热效应和电磁干扰小，安全性好。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于针对现有的利用晶体管将小信号射频电压多级放大的离子阱射频装置存在的上述问题，提供一种电子管振荡高压离子阱射频装置。

本实用新型的目的是这样实现的：

包括电子管、振荡电路、升压磁环、射频离子阱、散热风扇；采用本实用新型的装置，解决了现有的利用晶体管将小信号射频电压多级放大的离子阱射频装置需要进一步提高离子阱的射频电压时，波形有一定非线性失真，大的射频电流热效应更严重，功率损耗更大，容易造成电磁干扰的问题；同时，该装置可以在保证电路功能稳定安全的情况下，可以通过电子管振荡电路产生两路相位相反，幅值相同，幅值最大为250V，频率范围为1-10MHz的射频电压；该装置可扩展为将单路射频电压经升压磁环放大后可达幅值1000V，可以广泛用于离子囚禁和激光冷却研究和应用领域。

具体地说：