171Yb+ 微型离子阱频率标准的开发与表征

本学位论文报告了基于 171Yb+ 离子的低功耗、高稳定性微型原子频率标准的开发。离子经过缓冲气体冷却，并被束缚在一个集成于密封、吸气剂泵送真空封装中的线性四极阱内，并在 12.6 GHz 超精细跃迁处进行探测。我们希望通过仅消耗 50 mW 功率且体积为 5 cm^3 的微型时钟实现 10^-14 的长期分数频率稳定性。我讨论了我们在该项目上多年工作的进展。我们首先构建了一个传统的台式时钟作为测试平台，同时开发了几种微型离子阱真空封装的设计，并开发了时钟运行各个方面的技术，包括离子装载、激光和磁场稳定以及低功耗离子阱驱动。使用边界元软件对离子阱进行建模，以辅助新阱几何形状的设计和参数优化。我们预计一种使用离子阱新材料的新型阱几何形状将在项目的下一阶段带来极小的离子阱真空封装。为了实现所需的长期稳定性，我们还考虑了时钟频率对磁场的敏感性。对室温云团中单个离子在阱中的运动进行了研究，目的是了解空间变化磁场和恒定磁场对时钟共振乃至时钟运行的影响。针对几种阱对这些效应进行了实验和理论研究。总之，本学位论文是对 171Yb+ 离子云频率标准及相关技术的设计、开发和测试的贡献，包括对阱几何形状和参数的分析、离子运动的建模以及时钟的实际运行。