(19)中华 人民共和国 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 202111669561.7 (22)申请日 2021.12.31 (71)申请人 西安空间无线电技 术研究所 地址 710100 陕西省西安市长安区航天基 地东长安街504号 (72)发明人 杜丽军　韩虹　蒙艳松　贺玉玲　 张立新　谢军　 (74)专利代理 机构 中国航天科技专利中心 11009 代理人 杨春颖 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 111/02(2020.01) G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 一种标定囚禁离子电荷态及相对空间分布 的方法和系统 (57)摘要 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 混合离子体系的协同作用动力学量化模型， 并基 于该模型确立了HCI s‑SCIs相对空间分布与HCI s 电荷态间的对 数依赖关系， 并验证了该关系不受 离子阱势场、 高离化态离子质量数等因素影响， 进而建立起囚禁HCI s‑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 置及电荷态的实时、 非破坏性精密反演的方案， 对离子阱中HCIs离子的高效调控具有 普适性。 权利要求书2页 说明书12页 附图4页 CN 114429063 A 2022.05.03 CN 114429063 A 1.一种标定囚禁离 子电荷态及相对空间分布的方法， 其特 征在于， 包括： 建立HCIs‑SCIs混合离子体系的协同作用动力学量 化模型； 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关系； 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 ‑SCIs混 合离子体系的电荷态 ‑离子相对间距标尺； 根据囚禁HCIs ‑SCIs混合离子体系的电荷态 ‑离子相对间距标尺， 标定囚禁离子电荷态 及相对空间分布， 给 出了实现H CIs相对位置及电荷态的实时、 非破坏性精密反演的方案 。 2.根据权利要求1所述的标定囚禁离子电荷态及相对空间分布的方法， 其特征在于， 建 立HCIs‑SCIs混合离子体系的协同作用动力学量 化模型， 包括： 建立囚禁SCIs离 子系综模型； 建立HCIs‑SCIs混合离子体系的稳态 谐振囚禁 体系。 3.根据权利要求2所述的标定囚禁离子电荷态及相对空间分布的方法， 其特征在于， 建 立囚禁SCIs离 子系综模型， 包括： 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和电磁场参数为初 值条件， 根据离子系综的马修动力学方程， 构建囚禁SCIs离子系综的射频动态束缚模型， 提 取SCIs离子系统运动频谱， 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 配； 其中， SCIs离子系综的原始参数包括： 离子的质量M、 离子的电荷Q和 离子系综的离子数 N； SCIs离子系综的电磁场参 数包括： 射频势的频率Ω， 射频势的振幅Urf、 施加在射频场上的 静态直流偏置电压Udc、 离子阱的径向几何因子参数κr、 离子阱的轴向几何因子参数κz、 离子 阱几何中心到离子阱表面的最小径向距离r0、 谐振匹配下离子阱的等效电容值C、 势阱深度 D。 4.根据权利要求3所述的标定囚禁离子电荷态及相对空间分布的方法， 其特征在于， 建 立HCIs‑SCIs混合离子体系的稳态 谐振囚禁 体系， 包括： 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的稳定囚禁条件， 将 HCIs注入SCIs离子系综， 评估HCI s对SCIs动力学特性的影响， 实现HCI s‑SCIs混合离子系综 的低加热率稳态囚禁， 建立H CIs‑SCIs混合离子体系的稳态动力学谐振囚禁模型。 5.根据权利要求4所述的标定囚禁离子电荷态及相对空间分布的方法， 其特征在于， 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关系， 包括： 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 综运动频谱 是否与低阶模式耦合理论谐振频点一致； 如果不一致， 增加HCIs ‑SCIs混合离子 系综的高阶非谐性势级 次， 直到精密匹配； 如果匹配， 进一步提取不同电荷态下HCIs ‑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H CIs电荷态间的对数依赖关系。 6.根据权利要求5所述的标定囚禁离子电荷态及相对空间分布的方法， 其特征在于， 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 ‑SCIs混合离子 体系的电荷态 ‑离子相对间距标尺， 包括： 以实际囚禁势、 HCIs ‑SCIs混合离子系综参数为初值， 采用离子动力学轨迹追踪方法获权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114429063 A 2得混合离子系综整个动力学稳态过程的三维含时位置矢量， 通过对含时位置矢量进行反 演， 确定不同电荷态HCIs ‑SCIs混合离子系综的平衡态空间分布图， 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 数依赖关系。 实验 上通过高放大倍数成像 系统， 对SCIs离子在特定维度进行单光子水平的荧光收集与成像； 而后调控同维度混合离 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混合离子体系的电荷态 ‑离子相 对间距标尺。 7.根据权利要求6所述的标定囚禁离子电荷态及相对空间分布的方法， 其特征在于， 根 据囚禁HCIs ‑SCIs混合离子体系的电荷态 ‑离子相对间距标尺， 标定囚禁离子电荷态及相对 空间分布， 包括： 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dHCI s‑SCIs/dSCI s‑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视化精 密反演标尺图； 在重构出的HCIs电荷态与空间分布可视化精密反演标尺图中通过精准识别 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， 标定囚禁离 子电荷态及相对空间分布。 8.一种标定囚禁离 子电荷态及相对空间分布的系统， 其特 征在于， 包括： 模型构建模块， 用于建立H CIs‑SCIs混合离子体系的协同作用动力学量 化模型； 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H CIs电荷态间的对数依赖关系； 标尺建立模块， 用于根据HCIs ‑SCIs相对 空间分布与HCIs电荷态间 的对数依赖关系， 建 立囚禁HCIs‑SCIs混合离子体系的电荷态 ‑离子相对间距标尺； 标定模块， 用于根据囚禁HCIs ‑SCIs混合离子体系的电荷态 ‑离子相对间距标尺， 标定 囚禁离子电荷态及相 对空间分布， 给出了实现HCIs相对位置及电荷态的实时、 非破坏性精 密反演的方案 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114429063 A 3