线型离子阱中铍离子的囚禁与激光冷却

项目名称： 线型离子阱中铍离子的囚禁与激光冷却

项目编号： No.11504410

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2016

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 彭文翠

作者单位： 中国科学院武汉物理与数学研究所

项目金额： 24万元

中文摘要： 被囚禁的铍离子经过激光冷却后进入有序排列的结构，发生相变的铍离子云被称为库仑晶体。这种单组分等离子体为原子物理以及强耦合等离子体物理提供了独特的研究载体，该研究可以被用于冷反物质、低温化学、频率标准、量子信息处理和高精度原子与分子谱等领域。尤其作为质量最小的碱土金属离子，在小质量体系的协同冷却中，铍离子作为冷却剂有着不可取代的地位。而目前限制铍离子体系的广泛应用的原因是：用于冷却与囚禁该离子的激光波长（313 nm）在紫外区，该光源较难获得。在本项目中，将研制出具有气密性的半导体固体激光器，利用两级冷却系统，实现在低温下（约-31摄氏度）获得626 nm激光,倍频后获得313 nm稳定输出的激光，对线型离子阱中的铍离子进行激光冷却，使其平动能降低至几~几十毫开尔文量级，形成具有有序结构的库仑晶体，为进一步等离子体研究或者协同冷却小质量分子离子以进行高精密分子谱提供先决条件。

中文关键词： 铍离子；激光冷却；库仑晶体；协同冷却

英文摘要： Trapped beryllium ions’ structure will be ordered after laser cooling, and this phase changed ion cloud is called Coulomb crystal. This one component plasma offers special study object for atomic physics and strong coupled plasma physics, which can be applied to cold antimatter、cold chemistry、frequency standard、quantum information processing and high precision atom and molecular spectroscopy. As the lightest alkaline earth ion, it has irreplaceable place in light mass system sympathetic cooling as coolant. But the reason for limitation of the beryllium ion system’s application is the wavelength of laser used to cool the ions is at ultraviolet region and this laser source is hard to get. In this project, a kind of diode laser with air tightness and two stage Peltier cooling will be developed to work at low temperature environment (about -31 degree) and radiate 626 nm laser then frequency doubled to radiate 313 nm laser stably. This 313 nm laser will be used to cool the ions in the linear trap to several to tens of millikelvin leading to structure ordered Coulomb crystal, which will be the .prerequisite for plasma study and high precision molecular spectrometry with sympathetic cooled light molecular ion.

英文关键词： Beryllium ion;laser cooling ;coulomb crystal;sympathetic cooling