离子阱成像装置的制作方法

1.本技术涉及量子计算技术领域，特别涉及离子阱成像装置。


背景技术：

2.在原子分子物理实验中，高分辨率成像系统是整个原子分子物理实验十分重要的部分，是窥探原子分子世界的“眼睛”。实际上，由于光学系统存在衍射极限，无法分辨出离子在离子阱中运动时的波包尺寸，只能分辨离子的荧光的衍射图样。为了更好地识别离子阱中的离子，需要高分辨率的成像系统。目前实验使用的成像系统是在原有目镜基础上设置两个球面透镜，实现两次放大成像，但由于单个球面透镜的成像存在较大的球差，严重影响成像系统最终的分辨率。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的技术问题，本技术提出了一种离子阱成像装置，能够解决至少一种技术问题。
4.本技术提出的离子阱成像装置，用于对离子阱中的离子成像，包括物镜、物镜套筒、相机及相机安装位，还包括目镜及目镜套筒；其中，
5.所述物镜设置在所述物镜套筒中，所述目镜设置在所述目镜套筒中，且所述目镜包括多个非球面透镜；
6.所述物镜套筒的一端与所述目镜套筒的一端相连，所述相机安装位设置在所述目镜套筒的另一端；
7.所述相机安装位用于安装相机用以对所述放大的离子成像。
8.可选的，所述至少一个非球面透镜包括第一非球面透镜和第二非球面透镜，其中所述第一非球面透镜与所述物镜之间的距离比所述第二非球面透镜与所述物镜之间的距离近。
9.可选的，所述目镜套筒包括相互连接的第一目镜套筒和第二目镜套筒，且所述第一目镜套筒与所述第二目镜套筒的中心轴共线；所述第一非球面透镜设置在所述第一目镜套筒内，所述第二非球面透镜设置在所述第二目镜套筒内。
10.可选的，所述物镜套筒与所述第一目镜套筒以及所述第二目镜套筒共线，且所述第一非球面透镜与所述第二非球面透镜之间的距离大于或等于所述第一非球面透镜的焦距。
11.可选的，所述目镜套筒包括相互连接的第一目镜套筒和第二目镜套筒，所述物镜套筒与所述第一目镜套筒的中心轴共线，且所述第一目镜套筒的延伸方向与所述第二目镜套筒的延伸方向形成预设角度；所述第一非球面透镜设置在所述第一目镜套筒内，所述第二非球面透镜设置在所述第二目镜套筒内。
12.可选的，在所述第一目镜套筒与所述第二目镜套筒相交的位置处设有一反射镜，所述反射镜用于改变所述第一非球面透镜的出射光的方向，以使所述出射光进入所述第二
非球面透镜。
13.可选的，所述反射镜与所述第一非球面透镜之间的距离小于所述第一非球面透镜的焦距。
14.可选的，所述第一目镜套筒与所述第二目镜套筒相互垂直，所述反射镜与所述第一非球面透镜或所述第二非球面透镜的主光轴的夹角为45
°
。
15.可选的，所述第一非球面透镜可拆卸地安装在所述第一目镜套筒中，所述第二非球面透镜可拆卸地安装在所述第二目镜套筒中，以通过对至少一个非球面透镜进行替换和/或位置调节，以改变离子成像时的放大倍数。
16.可选的，所述物镜套筒的末端与所述离子阱中的离子之间的距离为所述物镜的工作距离，所述物镜的工作距离小于所述物镜的焦距。
17.可选的，所述相机包括电荷耦合器件ccd相机。
18.可选的，所述反射镜的表面镀有用于提高反射率的反射膜。
19.本技术提出的离子阱成像装置，通过使用至少一个非球面透镜对离子的成像进行至少一次放大，提高了离子阱成像装置的放大倍数，消除了球差对成像装置分辨率的影响，提高了分辨率，并且采用套筒设计，安装便捷、使用方便。
附图说明
20.下面，将结合附图对本技术的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：
21.图1是本技术的一个实施例的离子阱成像装置的结构图；
22.图2是本技术的另一个实施例的离子阱成像装置的外观示意图。
具体实施方式
23.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
24.在以下的详细描述中，可以参看作为本技术一部分用来说明本技术的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本技术的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本技术的技术方案。应当理解，还可以利用其它实施例或者对本技术的实施例进行结构、逻辑或者电性的改变。
25.本技术提出的离子阱成像装置，用于对离子阱中的离子成像，包括物镜、物镜套筒、相机及相机安装位，还包括目镜及目镜套筒；其中，
26.物镜设置在物镜套筒中，目镜设置在目镜套筒中，且目镜包括至少一个非球面透镜；
27.物镜套筒的一端与目镜套筒的一端相连，相机安装位设置在目镜套筒的另一端；其中，离子阱中的离子能够吸收入射的激光的能量辐射出荧光，物镜用于收集荧光并使荧光在像侧形成平行光；多个非球面透镜用于对平行光进行多次放大，以在像侧得到放大的微粒影像；相机设置于相机安装位内。
28.根据本技术的实施例，在组装本技术提出的离子阱成像装置时，将物镜、目镜分别安装在物镜套筒、目镜套筒中，这样可以固定物镜与目镜，再将物镜套筒与目镜套筒连接，这样可以将位于物镜套筒的物镜和位于目镜套筒的目镜组装在离子阱成像装置内，用于对离子阱中的离子成像。在目镜套筒的末端设置相机安装位，用于放置相机，相机可用来拍摄离子阱中的离子。
29.本技术提出的离子阱成像装置工作时，激光光源照射离子阱中的离子后，离子吸收激光光源发射的激光的能量并自发辐射出荧光，因离子为球形，所以离子辐射出的荧光向四面八方发射，能够进入相机镜头的光线较少，而且离子辐射出的荧光强度小，不利于相机成像，因此离子阱成像装置中设置物镜用来收集荧光并使荧光在像侧形成平行光，设置目镜对平行光进行聚焦并多次放大成像，这样物镜能够确保最终成像的分辨率和清晰度，目镜能够在保证分辨率基本不变的情况下，提高离子阱成像装置的放大率。
30.也就是说，本技术提出的离子阱成像装置通过使用至少一个非球面透镜的组合实现了对离子的至少一次放大成像，使得最终的离子成像放大倍率达到实验需求，并消除了球差对成像装置的影响，而且通过物镜使得整个成像装置的分辨率达到实验要求。
31.在本技术的一些实施例中，至少一个非球面透镜包括第一非球面透镜和第二非球面透镜，其中第一非球面透镜与物镜之间的距离比第二非球面透镜与物镜之间的距离近。
32.也就是说，物镜将离子衍射的荧光在像侧形成平行光，第一非球面透镜将平行光汇聚成像，并放大至一定倍数，第二非球面透镜将第一非球面透镜形成的像再次放大并成像，最终使离子阱成像装置的放大率达到实验要求。
33.在本技术的一些实施例中，目镜套筒包括相互连接的第一目镜套筒和第二目镜套筒，且第一目镜套筒与第二目镜套筒的中心轴共线；第一非球面透镜设置在第一目镜套筒内，第二非球面透镜设置在第二目镜套筒内。也就是说第一非球面透镜与第二非球面透镜位于同一水平线上。
34.在本技术的一些实施例中，物镜套筒与第一目镜套筒以及第二目镜套筒的中心轴共线，且第一非球面透镜与第二非球面透镜之间的距离大于或等于第一非球面透镜的焦距。
35.图1示出了本技术一个实施例的一种离子阱成像装置的结构示意图，如图1所示，物镜、第一非球面透镜和第二非球面透镜共线，且第一非球面透镜与第二非球面透镜之间的距离大于或等于第一非球面透镜的焦距。如果第一非球面透镜与第二非球面透镜之间的距离小于第一非球面透镜的焦距，那么会造成离子阱成像装置最终的成像不清晰，人眼无法分辨出离子阱的离子所在的具体位置。
36.在本技术的实施例中，举例来讲，第一非球面透镜焦距为100mm，数值孔径为0.23，且与物镜系统的距离为46.896mm。物镜出射的平行光经过第一非球面透镜在90.976mm处汇聚成像，此时第一次成像倍率约为3倍。第二非球面透镜的焦距为32mm，数值孔径为0.76，且与非球面透镜1的距离为108.187mm。第二非球面透镜实现第二次成像，最终在800mm的位置呈现出放大了约50倍的像。
37.在本技术的一些实施例中，目镜套筒包括相互连接的第一目镜套筒和第二目镜套筒，物镜套筒与第一目镜套筒的中心轴共线，且第一目镜套筒的延伸方向与第二目镜套筒的延伸方向形成预设角度；第一非球面透镜设置在第一目镜套筒内，第二非球面透镜设置
在所述第二目镜套筒内。
38.图2示出了本技术另一实施例的离子阱成像装置的结构示意图，如图2所示，目镜套筒包括相互连接的第一目镜套筒100和第二目镜套筒200，物镜套筒300与第一目镜套筒100共线，且第一目镜套筒100的延伸方向与第二目镜套筒200的延伸方向形成预设角度；第一非球面透镜设置在第一目镜套筒100内，第二非球面透镜设置在第二目镜套筒200内。
39.也就是说，本技术提出的离子阱成像装置提供两种物镜与目镜的摆放方式：
40.物镜套筒300、第一目镜套筒100和第二目镜套筒200的中心轴共线；
41.物镜套筒300和第一目镜套筒100的中心轴共线，第一目镜套筒100的延伸方向和第二目镜套筒200的延伸方向形成预设角度。
42.这两种摆放方式的离子阱成像装置的分辨率与放大倍数相同，可根据离子阱的实际情况选择合适的摆放方式。
43.在本技术的一些实施例中，在第一目镜套筒100与第二目镜套筒200相交的位置处设有一反射镜，反射镜用于改变第一非球面透镜的出射光的方向，以使出射光进入第二非球面透镜。这样即使第一目镜套筒与第二目镜套筒不共线，第二套筒中的第二非球面透镜也能接收到第一非球面透镜的出射光。
44.在本技术的一些实施例中，反射镜与第一非球面透镜之间的距离小于第一非球面透镜的焦距。在本技术的其他实施例中，在反射镜的后面设有滤光小孔，滤光小孔具体设置在第一非球面透镜的焦距处，用于过滤掉杂散光，保证收集到的离子荧光没有杂散光的干扰。
45.在本技术的一些实施例中，第一目镜套筒100与第二目镜套筒200相互垂直，反射镜400与第一非球面透镜或第二非球面透镜的主光轴的夹角为45
°
。
46.在本技术的一些实施例中，第一非球面透镜可拆卸地安装在所述第一目镜套筒中，所述第二非球面透镜可拆卸地安装在所述第二目镜套筒中，以通过对至少一个非球面透镜进行替换和/或位置调节，以改变离子成像时的放大倍数。这样无需准备多个不同放大倍数的离子阱成像装置，只需更换目镜套筒中的非球面透镜就能改变离子阱成像装置的放大倍数。使用便捷且节省成本。
47.在本技术的一些实施例中，物镜套筒的末端与离子阱中的离子之间的距离为物镜的工作距离，物镜的工作距离小于物镜的焦距。在本技术的其他实施例中，可将离子阱设置在真空外壳内，这样可以避免因离子质量受到空气中微粒和分子的影响，造成离子出现移动等现象。
48.在本技术的一些实施例中，相机包括电荷耦合器件ccd相机。
49.在本技术的一些实施例中，反射镜的表面镀有用于提高反射率的反射膜。在本技术的其他实施例中，可选用反射率高的材料作为反射镜的反射膜。
50.本技术提出的离子阱成像装置的物镜和目镜采用模块化套筒，既有效防止了外界杂散光干扰实验，又实现了拆卸安装简单便捷。通过使用两个非球面透镜做两次放大成像，在达到实验放大率的同时保证了成像装置的高分辨率，将成像球差降至最低。并且目镜设计结构简单、容易更换，能够根据不同的实验需求调整目镜的参数，以达到相应的实验需求。
51.以上通过多个实施例描述了本技术实施例的离子阱成像装置的结构特点及技术
优势。以下通过具体的例子描述本技术实施例的离子阱成像装置的操作流程。
52.首先根据离子阱选择物镜与目镜的摆放方式，根据物镜的工作距离放置离子阱成像装置，根据第一非球面透镜的焦距放置调节第一目镜筒和第二目镜筒的距离，在相机安装位安装相机，整个离子阱成像装置设置完成。启动激光光源发射激光照射离子阱中的离子，离子阱中的离子接收激光照射后，衍射荧光，物镜将荧光收集并使荧光在像侧形成平行光，目镜对平行光进行聚焦并多次放大成像，相机对放大的离子成像。从上述操作流程可以看到，本技术提出的离子阱成像装置安装便捷，使用方便。
53.上述实施例仅供说明本技术之用，而并非是对本技术的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本技术范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本技术公开的范畴。

技术特征：
1.一种离子阱成像装置，用于对离子阱中的离子成像，包括物镜、物镜套筒、相机及相机安装位，其特征在于，还包括目镜及目镜套筒；其中，所述物镜设置在所述物镜套筒中，所述目镜设置在所述目镜套筒中，且所述目镜包括至少一个非球面透镜；所述物镜套筒的一端与所述目镜套筒的一端相连，所述相机安装位设置在所述目镜套筒的另一端；所述相机设置于所述相机安装位内。2.根据权利要求1所述的离子阱成像装置，其特征在于，所述至少一个非球面透镜包括第一非球面透镜和第二非球面透镜，其中所述第一非球面透镜与所述物镜之间的距离比所述第二非球面透镜与所述物镜之间的距离近。3.根据权利要求2所述的离子阱成像装置，其特征在于，所述目镜套筒包括相互连接的第一目镜套筒和第二目镜套筒，且所述第一目镜套筒与所述第二目镜套筒的中心轴共线；所述第一非球面透镜设置在所述第一目镜套筒内，所述第二非球面透镜设置在所述第二目镜套筒内。4.根据权利要求3所述的离子阱成像装置，其特征在于，所述物镜套筒与所述第一目镜套筒以及所述第二目镜套筒的中心轴共线，且所述第一非球面透镜与所述第二非球面透镜之间的距离大于或等于所述第一非球面透镜的焦距。5.根据权利要求2所述的离子阱成像装置，其特征在于，所述目镜套筒包括相互连接的第一目镜套筒和第二目镜套筒，所述物镜套筒与所述第一目镜套筒的中心轴共线，且所述第一目镜套筒的延伸方向与所述第二目镜套筒的延伸方向形成预设角度；所述第一非球面透镜设置在所述第一目镜套筒内，所述第二非球面透镜设置在所述第二目镜套筒内。6.根据权利要求5所述的离子阱成像装置，其特征在于，在所述第一目镜套筒与所述第二目镜套筒相交的位置处设有反射镜，所述反射镜用于改变所述第一非球面透镜的出射光的方向，以使所述出射光进入所述第二非球面透镜。7.根据权利要求6所述的离子阱成像装置，其特征在于，所述反射镜与所述第一非球面透镜之间的距离小于所述第一非球面透镜的焦距。8.根据权利要求6所述的离子阱成像装置，其特征在于，所述第一目镜套筒与所述第二目镜套筒相互垂直，所述反射镜与所述第一非球面透镜或所述第二非球面透镜的主光轴的夹角为45
°
。9.根据权利要求3所述的离子阱成像装置，其特征在于，所述第一非球面透镜可拆卸地安装在所述第一目镜套筒中，所述第二非球面透镜可拆卸地安装在所述第二目镜套筒中，以通过对至少一个非球面透镜进行替换和/或位置调节，以改变离子成像时的放大倍数。10.根据权利要求1所述的离子阱成像装置，其特征在于，所述物镜套筒的末端与所述离子阱中的离子之间的距离为所述物镜的工作距离，所述物镜的工作距离小于所述物镜的焦距。11.根据权利要求1所述的离子阱成像装置，其特征在于，所述相机包括电荷耦合器件ccd相机。12.根据权利要求6所述的离子阱成像装置，其特征在于，所述反射镜的表面镀有用于提高反射率的反射膜。

技术总结
本申请公开了离子阱成像装置用于对离子阱中的离子成像，包括物镜、物镜套筒、相机及相机安装位；其中，所述物镜设置在物镜套筒中，所述目镜设置在目镜套筒中，且所述目镜包括至少一个非球面透镜；所述物镜套筒的一端与所述目镜套筒的一端相连，所述相机安装位设置在所述目镜套筒的另一端；所述相机设置于所述相机安装位内。本申请提出的离子阱成像装置能够在保证高分辨率的前提下实现对离子的多次放大成像。像。像。


技术研发人员：吴昊 周卓俊 詹苏 韩琢 罗乐
受保护的技术使用者：国开启科量子技术（北京）有限公司
技术研发日：2022.12.20
技术公布日：2023/7/23