(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211388180.6 (22)申请日 2022.11.07 (71)申请人 兰州空间技 术物理研究所 地址 730010 甘肃省兰州市城关区高新飞 雁街100号 (72)发明人 朱宏伟　涂建辉　崔敬忠　杨军　 郑宁　 (74)专利代理 机构 北京元理果知识产权代理事 务所(普通 合伙) 11938 专利代理师 饶小平 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种离子阱缓冲气体参数设计方法 (57)摘要 本申请涉及时频技术领域， 具体而言， 涉及 一种离子阱缓冲气体参数设计方法， 首先利用仿 真软件创建离子阱电极阵列和空间势场， 再设定 离子阱离子和缓冲气体各项初始参数， 然后推导 离子阱中离子在缓冲气体粘滞力作用下的运动 方程， 根据运动方程编写软件程序实现离子在缓 冲气体作用下的模拟控制， 根据得到的缓冲气体 种类、 缓冲气体压强以及缓冲气体温度， 完成缓 冲气体参数的设计。 本申请采用电磁仿真软件模 拟离子运动状态， 对关键的缓冲气体参数进行优 化， 可提高缓冲气体冷却离子效果评估的可靠 性， 具有离子运动状态直观、 缓冲气体参数优化 效率高的特点， 可用于离子和气体 分子作用状态 分析及参数优化。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115526065 A 2022.12.27 CN 115526065 A 1.一种离 子阱缓冲气体参数设计方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤1： 利用仿真软件创建离 子阱电极阵列； 步骤2： 利用仿真软件创建离子阱的空间格点电势场， 再设定离子阱中离子和缓冲气体 各项初始参数， 为离 子的运动方程 准备初始条件； 步骤3： 推导离 子阱中离 子在缓冲气体粘滞力作用下的运动方程； 步骤4： 根据运动方程编写软件程序实现离 子在缓冲气体作用下的模拟控制； 步骤5： 模拟不同种类缓冲气体下离子的运动情况， 根据离子的运动幅度设计缓冲气体 的种类； 步骤6： 确定缓冲气体的种类， 模拟在该缓冲气体不同压强下离子的运动情况， 根据离 子运动幅度设计该缓冲气体的压强； 步骤7： 模拟在该缓冲气体不同温度 下离子的衰减过程， 根据离子数衰减的速度设计该 缓冲气体的温度； 步骤8： 根据得到的缓冲气体种类、 缓冲气体压强以及缓冲气体温度， 完成缓冲气体参 数的设计。 2.如权利要求1所述的离子阱缓冲气体参数设计方法， 其特征在于， 步骤1中的仿真软 件为Simi on电磁仿真软件。 3.如权利要求2所述的离子阱缓冲气体参数设计方法， 其特征在于， 在步骤1中， 使用 Simion电磁仿真软件通过窗口或者电极定义语言编写的电极文件创建离 子阱电极阵列。 4.如权利要求3所述的离子阱缓冲气体参数设计方法， 其特征在于， 在步骤2中， 使用 Simion电磁仿真软件将电极阵列带入到泊松方程， 计算后创建离 子阱的空间格点电势场。 5.如权利要求1所述的离子阱缓冲气体参数设计方法， 其特征在于， 在步骤4中， 根据运 动方程编写软件程序形成.LUA文件， 对离子运动过程的参量和运动过程进行模拟控制， 得 到直观的离 子运动轨 迹及离子数衰减效果图。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115526065 A 2一种离子阱缓冲气体参数设计方 法 技术领域 [0001]本申请涉及时频技 术领域， 具体而言， 涉及一种离 子阱缓冲气体参数设计方法。 背景技术 [0002]离子囚禁在超高真空的离子阱中， 没有器壁的碰撞， 不受外界干扰， 离子与微波场 作用时间不受限制， 有利于提高短期稳定度， 离子阱频标作为新一代高精度、 高稳定度时间 频率标准的前景被广泛看好。 离子阱中的离子囚禁技术以及离子囚禁效果提升是离子阱频 标研究的重要内容之一。 [0003]在离子阱频标中， 为了压窄线宽就必须增加离子和微波场的作用时间， 因此就必 须冷却离子、 延长囚禁时间。 使用缓冲气体是将离子阱中的离子冷却到室温的最有效和实 用的办法。 缓冲气体冷却通常选用质量轻、 化学性质稳定的惰性气体为缓冲气体。 缓冲气体 原子(分子)和囚禁离子在碰撞前后有动能交换， 囚禁离子的动能不断减少， 速度被冷却下 来， 理论上 可将离子温度冷却至缓冲气体的温度。 [0004]由于缓冲气体 的压强比较低， 可以将离子阱中的气体考虑成理想气体， 得到离子 阱中离子的冷却运动方程。 通过Simion电磁仿真软件以及LUA编程完成以上计算过程的仿 真模拟， 对离 子阱内缓冲气体对离 子的冷却效果进行分析比较， 设计缓冲气体的最佳参数。 发明内容 [0005]本申请提供了一种离子阱缓冲气体参数设计方法， 解决了实际设计中缓冲气体参 数匹配度差， 效率低等问题， 通过本设计方法可以确定离子阱中缓冲气 体的最佳设计参数， 实现离子快速冷却。 [0006]为了实现上述目的， 本申请提供了一种离子阱缓冲气体参数设计方法， 包括如下 步骤： 步骤1： 利用仿真软件创建离子阱电极阵列； 步骤2： 利用仿真软件创建离子阱的空间 格点电势场， 再设定离子阱中离子和缓冲气体各项初始参数， 为离子的运动方程准备初始 条件； 步骤3： 推导离子阱中离子在缓冲气体粘滞力作用下的运动方程； 步骤4： 根据运动方 程编写软件程序实现离子在缓冲气 体作用下的模拟控制； 步骤5： 模拟不同种类缓冲气 体下 离子的运动情况， 根据离子的运动幅度设计缓冲气 体的种类； 步骤6： 确定缓冲气体的种类， 模拟在该缓冲气体不同压强下离子的运动情况， 根据离子运动幅度设计该缓冲气体的压 强； 步骤7： 模拟在该缓冲气体不同温度下离子的衰减过程， 根据离子数衰减的速度设计该 缓冲气体的温度； 步骤8： 根据得到的缓冲气体种类、 缓冲气 体压强以及缓冲气体温度， 完成 缓冲气体参数的设计。 [0007]进一步的， 步骤1中的仿真软件为Simi on电磁仿真软件。 [0008]进一步的， 在步骤1中， 使用S imion电磁仿真软件通过窗口或者电极定义语言编写 的电极文件创建离 子阱电极阵列。 [0009]进一步的， 在步骤2中， 使用Simion电磁仿真软件将电极阵列带入到泊松方程， 计 算后创建离 子阱的空间格点电势场。说　明　书 1/4 页 3 CN 115526065 A 3