CN114429063B 一种标定囚禁离子电荷态及相对空间分布的方法和系统 （西安空间无线电技术研究所）

一种标定囚禁离子电荷态及相对空间分布本发明公开了一种标定囚禁离子电荷态及相对空间分布的方法和系统，建立了HCIs-SCIs于该模型确立了HCIs-SCIs相对空间分布与HCIs进而建立起囚禁HCIs-SCIs混合离子体系的电荷态-离子相对间距标尺，给出了实现HCIs相对位2建立HCIs-SCIs混合离子体系的协同作用动力学根据HCIs-SCIs混合离子体系的协同作用动力学量化模型，确定HCIs-SC根据HCIs-SCIs相对空间分布与HCIs电荷态间的对数依赖关系，建立囚禁H衡态空间分布图，对各电荷态下HCIs-SCIs混合离子系综平衡态空间分布中SCIs及HCIs相对位置进行统计标定，拟合链状HCIs-SCIs离子系综相对空间分布与HCIs电荷态间的对数成像分辨率精确匹配，进而建立起经囚禁离子实验探测系统成像分辨率修正后的囚禁HCIs-SCIs混合离子体系的电荷态-离子相对根据囚禁HCIs-SCIs混合离子体系的电荷态-离子相对间距标尺，建立HCIs-SCIs混合离子体系的稳态谐振囚禁建立离子系综的电磁场囚禁试验装置，以SCIs离子系综的原始参数取SCIs离子系综运动频谱，并通过提升几何因子精度实现与久期运动激发频谱的精确匹D。优化修正囚禁SCIs离子系综的电磁场使其能进一步兼容据HCIs-SCIs混合离子体系的协同作用动力学量化模型，确定HCIs-SCIs相对空间分布与基于快速FFT方法提取HCIs-SCIs混合离子系综运动频谱，验证HCIs-SCIs混合离子系3SCIs相对空间分布与HCIs电荷态间的对HCIs-SCIs离子组成链状离子体系的相对空间分布不受囚禁势场及离子质量数的影SCIs的最大几率位置分布和荧光展宽，即可精准反演出HCIs相对位置及精确电荷态特征，7.一种用于实现如权利要求1所述方法的标定囚禁离子电荷态及相对空间分布的系关系确定模块，用于根据HCIs-SCIs混合离子体系的协同作用动力学量化模型，确定HCIs-SCIs相对空间分布与HCIs电荷态间的对数依赖立囚禁HCIs-SCIs混合离子体系的电荷态-离子相标定模块，用于根据囚禁HCIs-SCIs混合离子体系的电荷态-离子相对4[0005]目前基于EBITs可以实现绝大多数电荷态HCIs的产生，将其减速导引至射频离子频谱测量的有效方法之一。该HCIs-SCIs双离子体系量子态调控方法集成了两种离子的各5发展适用于HCIs的实时高精度位置标定方法，对HCIs的三维(3D)量子态调控具有重要意[0007]公开文献尚未涉及线形阱中HCIs离子的电荷态评估与空间分布标定的量化方目前PTB主要采用进阱前电荷态筛选的方法；HCIs离子的位置标定主要依赖于实验经验和荷复合及电荷转移效应导致电荷态持续演化，无法在离子阱中实时客观量化评估电荷态。相对空间分布的方法和系统，填补了电荷态对射频束缚离子系综相互作用的计算模型空[0015]根据HCIs-SCIs相对空间分布与HCIs电荷态间的对数依赖关系，建立囚禁HCIs-[0017]在上述标定囚禁离子电荷态及相对空间分布的方法中，建立HCIs-SCIs混合离子6[0022]在上述标定囚禁离子电荷态及相对空间分布的方法中，建立HCIs-SCIs混合离子[0023]优化修正囚禁SCIs离子系综的电磁场使其能进一步兼容匹配HCIs的稳定囚禁条[0024]在上述标定囚禁离子电荷态及相对空间分布的方法中，根据HCIs-SCIs混合离子体系的协同作用动力学量化模型，确定HCIs-SCIs相对空间分布与HCIs电荷态间的对数依[0025]基于快速FFT方法提取HCIs-SCIs混合离子系综运动频谱，验证HCIs-SCIs混合离SCIs混合离子系综的特征温度，获得电荷态对HCIs-SCIs的动力学耦合关系的影响，确定HCIs-SCIs相对空间分布与HCIs电荷态间的对数依赖[0026]在上述标定囚禁离子电荷态及相对空间分布的方法中，根据HCIs-SCIs相对空间SCIs混合离子系综平衡态空间分布中SCIs及HCIs相对位置进行统计标定，拟合链状HCIs-禁离子实验探测系统成像分辨率修正后的囚禁HCIs-SCIs混合离子体系的电荷态-离子相[0028]在上述标定囚禁离子电荷态及相对空间分布的方法中，根据囚禁HCIs-SCIs混合7[0029]HCIs-SCIs离子组成链状离子体系的相对空间分布不受囚禁势场及离子质量数的影响，只与HCIs离子的离化电荷数相关；链状混合离子体系的dHCIs-SCIs/dSCIs-SCIs与HCIs离子的离化电荷数间满足对数变换函数关系；基于囚禁HCIs-SCIs混合离子体系的电荷态-离子相对间距标尺，依次重构出可供实验系统精确比对的HCIs电荷态与空间分布可定HCIs-SCIs相对空间分布与HCIs电荷态间的对[0033]标尺建立模块，用于根据HCIs-SCIs相对空间分布与HCIs电荷态间的对数依赖关[0034]标定模块，用于根据囚禁HCIs-SCIs混合离子体系的电荷[0036](1)本发明方法基于含时有限元方法构建了囚禁离子的力学模型库，并以此为基础建立以分子动力学轨迹追踪方法为核心的HCIs-SCIs混合离子系综亚纳秒级谐振动力学模型。基于该模型配合实验力学参数获得HCIs-SCIs混合离子量化谐振及冷却动力学耦合确立HCIs-SCIs相对空间分布与HCIs电荷态间的对数依赖关系。基于该关系建立起囚禁混合离子系综的电荷态-离子相对间距标尺，实现HCIs相对位置及电荷态的实时非破坏精密[0039]图1是本发明实施例中一种标定囚禁离子电荷态及相对空间分布的方法的步骤流8[0041]图3是协同冷却19Be+-158Ni12+离子对及两离子单独囚禁时的轴向(a)与径向(b)谐子系综动力学信息精细反演SCIs与HCIs间的动力学关联耦合特征，解耦出HCIs的电荷态、[0049]在本实施例中，HCIs-SCIs混合离子体系的协同作用动力学量化模型具体可以包9[0058]a.基于LC谐振等效电容法测[0060]c.将步骤b确定的理论最优射频势参数区间带入LC谐振试验系统优化LC谐振电路[0061]d.采用物理场建模软件建立理论最优射频势参数下离子阱囚禁空间的三维动态[0067]线形射频阱囚禁冷却单个SCIs体系的动力学特性可以用要由射频势和轴向静电势共同决定。基于囚禁离子体系的原始参数和射频动态束缚模型，使用LeapFrog运动学算法评估所有离子达到稳态过程中的三维位置矢量和速度矢量时间谱特征峰与等效赝势近似下久期运动频率在轴向及径向的相对匹配误差分别达到171Yb+等少数能级结构相对较为简单的,ωo和φi,φo分别为同向和反向模式的本征频率和相位。b1和b2是同向[0079]步骤102，根据HCIs-SCIs混合离子体系的协同作用动力学量化模型，确定HCIs-[0080]在本实施例中，基于快速FFT方法提取HCIs-SCIs混合离子系综运动频谱，验证[0081]HCIs-SCIs混合离子系综运动频谱提取方法与步骤101中SCIs离子系统运动频谱[0082]HCIs-SCIs混合离子系综低阶模式耦合理论谐振频点确定方法为：平衡态离子体[0093]HCIs-SCIs混合离子系综运动频谱的提取及其与低阶模式耦合理论谐振频点验证谐振动力学行为。图3给出了特定势场下单个9Be+协同冷却单个58明显的高频谐振模式ω2r(ωNi-r＝959.933kHz)。由平衡态双离子模式耦合近似理论得，度比为I(58Ni12+in)/I(9Be+in)＝22.8705；反向模式中相对质量数较大的9Be+离子的谐振强[0095]不同电荷态HCIs-SCIs混合离子系综特征温度提取过程为：首先针对特定电荷态合离子系综的动力学模型并依次获取各电荷态下HCIs-SCIs混合离子系综特征温度，最终获得电荷态与HCIs-SCIs间的量化动力学耦[0096]不同电荷态HCIs-SCIs混合离子系综特征温度提取与协同冷却动力学耦合关系的接冷却效率，因此58Ni12+的平衡态中黑色-方点(红色-圆点)实线为9Be+(58三角)实线为9Be+(58NiQ+)的径向久期运动能量，黑色-上三角(红色-下三角)虚线为9Be+维持在与9Be+离子轴向久期运动能量相当的水平上。但是加的正相关特性降低了离子体系的径向耦合强度。因此9Be+-58NiQ+离子间的径向谐振耦合效应远弱于相同质荷比差异单电荷离子体系内的径向谐振耦合效应。58NiQ+的径向谐振模同时58NiQ+与9Be+的径向运动模式难以实现强谐振，58NiQ+的径向久期运动能量随之增加。58NiQ+离子的径向微运动效应与径向久期运动幅度正相关，随着径向久期运动能量的增加禁HCIs-SCIs混合离子体系的电荷态-离子相电荷态下HCIs-SCIs混合离子系综平衡态空间分布中SCIs及HCIs相对位置进行统计标定，拟合链状HCIs-SCIs离子系综相对空间分布与HCIs电荷态间的对数依赖关系。实验上通过控同维度混合离子系综的拟合分辨率使其与囚禁离子实验探测系统成像分辨率精确匹配，进而建立起经囚禁离子实验探测系统成像分辨率修正后的囚禁HCIs-SCIs混合离子体系的系综的所有离子全时域位置矢量的时间演化信息按照LeapFrog运动学算法中的时间尺度[0101]HCIs-SCIs混合离子系综相对空间分布与HCIs电荷态间的对数依赖关系拟合验证实例如下：稳定囚禁于线形离子阱中的链状29Be间分布的高敏感传感体系。图5给出了2个9Be+协同冷却单个不同电荷态58NiQ+至稳态(R型)[0105]在本实施例中，HCIs-SCIs离子组成链状离子体系的相对空间分布不受囚禁势场dSCIs-SCIs与HCIs离子的离化电荷数间满足对数变换函数关系；基于囚禁HCIs-SCIs混合离子体系的电荷态-离子相对间距标尺，依次重构出可供实验系统精确比对的HCIs电荷态[0106]HCIs-SCIs混合离子系综相对空间分布与HCIs电荷态间的对数依赖关系实时精确非破坏性反演HCIs相对空间分布及精确电荷态的验证实例如下：依据步骤103建立的所有电荷态离子亚微米级单光子成像空间分布信息反演的HCIs的电荷态及相对位置标尺图如此基础上，评估HCIs-SCIs间的(谐振及冷却)动力学耦合关系；之后，根据实