基于 (2+1) 多光子电离的 H$_2^+$ 离子状态选择性电离与捕获

我们报告了使用 (2+1) 共挨增强多光子电离 (REMPI) 实现对单个 H$_2^+$ 分子离子进行 rovibrational 态选择性加载的高效方法。H$_2^+$ 离子通过共挨两光子激发 H$_2$ 分子从 $X\;^1\Sigma_g^+$ 态到 $E,F\;^1\Sigma_g^+$ 态，随后经非共挨单光子电离产生。H$_2^+$ 离子来自残余气体，并通过共捕获的激光冷却的 $^{9}$Be$^+$ 离子进行冷却。通过调节 REMPI 激光的波长，我们观察到通过 ($\nu' = 0$, $L' = 0, 1, 2, 3$) rovibrational 氢能级加载单个 H$_2^+$ 离子。我们利用量子逻辑光谱学 (QLS) 对该 rovibrational 态进行光谱学测量， ($\nu^+ = 0$, $L^+ = 1$) 态的生产成功概率为 85(6)%。此外，我们通过 ($\nu' = 0$, $L' = 2$) 氢能级加载 H$_2^+$ 离子，并通过 QLS 确认其 rovibrational 态为 ($\nu^+ = 0$, $L^+ = 2$)。我们在 19 小时内对该离子进行 QLS 测量，观察到旋转激发态无衰减。我们的工作展示了单离子高精度光谱学的高效状态选择性加载机制。