CN109814049B - 基于43Ca+离子测量微弱高频交变磁场的装置及方法 - Google Patents
基于43Ca+离子测量微弱高频交变磁场的装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了基于43Ca+离子测量微弱高频交变磁场的装置，包括真空室，还包括设置在真空室内的线形离子阱和43Ca原子炉，真空室上周向均匀分布有第一CF63接口、第二CF63接口、第三CF63接口、第四CF63接口、第五CF63接口、第六CF63接口、第七CF63接口和第八CF63接口，第一CF63接口～第八CF63接口的中心点位于同一分布圆周，真空室的顶面设置有第一CF200接口，真空室的底面设置有第二CF200接口，本发明还公开了基于43Ca+离子测量微弱高频交变磁场的方法，本发明实现了对微弱交变磁场非常精密的测量；对磁场的空间分辨可以达到33纳米级别；在室温下进行，无需低温装置。
Description
技术领域
本发明涉及离子阱磁力仪实验领域，具体涉及基于43Ca+离子测量微弱高频交变磁场的装置，还涉及基于43Ca+离子测量微弱高频交变磁场的方法，适合于精密测量室温环境下非常微弱的高频交变磁场。
背景技术
在上世纪，量子力学的提出导致了技术的一场革命，一些重要的发明，如激光、半导体等，对人类的生活产生了深远的影响。到上世纪末，量子信息科学与技术的发展带来了第二次量子技术革命。作为第二次量子革命的重要组成部分，量子精密测量技术基于量子态和量子操控技术可以比之前的测量技术更为精确地测量时间、位移、角速度等基本物理量。
磁感应强度是磁场强度的度量。相比对静磁场的精密测量，对弱的交变磁场实施精密测量是一件相当困难的事情。本发明是基于囚禁单个43Ca+离子的离子阱体系作为高精度测量交变磁场的磁力仪。
本发明中，离子阱整体系统处于室温，只需要运用激光对离子进行能量耗散而达到冷却的效果。由于整个系统处于超高真空的状态，离子能长时间稳定地处于电磁势阱中，并且可以高精度地被激光操控。因此，这是一个结构简洁、环境纯净且技术成熟的量子系统，非常适合作为一个测量装置。
对于43Ca+离子这样一个有磁矩的微观粒子，通过外部调节一个静磁场，使43Ca+离子产生的能级劈裂与微弱交变磁场的频率相匹配。同时，该微弱磁场使系统在不同磁本征态之间发生振荡(简称拉比振荡)。通过测量拉比振荡的频率，就能探测到交变磁场的幅度大小。本发明采用恰当的工作区域，抑制由于偏置静磁场的微小抖动造成的共振信号偏离，保证本方案在非理想条件下能够正常工作。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供基于43Ca+离子测量微弱高频交变磁场的装置，还提供基于43Ca+离子测量微弱高频交变磁场的方法，实现对微弱交变磁场信号的精密测量。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
基于43Ca+离子测量微弱高频交变磁场的装置，包括真空室，还包括设置在真空室内的线形离子阱和43Ca原子炉，
真空室上周向均匀分布有第一CF63接口、第二CF63接口、第三CF63接口、第四CF63接口、第五CF63接口、第六CF63接口、第七CF63接口和第八CF63接口，第一CF63接口～第八CF63接口的中心点位于同一分布圆周，真空室的顶面设置有第一CF200接口，真空室的底面设置有第二CF200接口，
第一CF63接口上设置有用于入射光电离激光到线形离子阱中心的通光窗口；第五CF63接口上设置有用于入射多普勒冷却激光和回泵激光到线形离子阱中心的的通光窗口，且第一CF63接口与第五CF63接口分别安装有磁场线圈，
第六CF63接口设置有用于入射多普勒冷却激光和回泵激光到线形离子阱中心的通光窗口，
第八CF63接口设置有用于入射态探测激光、态制备激光、量子位操作微波I、量子位操作微波II到线形离子阱中心的通光窗口，
第二CF63接口和第七CF63接口均安装了用来探测囚禁离子所发出的荧光的探测窗口，
第四CF63接口安装有探测窗口，第三CF63接口通过六通真空连接器分别与升华泵、真空计、真空角阀和离子泵连接。
如上所述的线形离子阱包括陶瓷固定架，以及固定在陶瓷固定架上的直流电极、射频电极和微运动补偿电极，陶瓷固定架固定在第一CF200接口上，线形离子阱产生的离子囚禁区位于线形离子阱中心且位于真空室中心。
如上所述的第一CF200接口上设置了第一CF40接口，第一CF40接口上安装有射频馈通，射频馈通与射频电极连接，第一CF200接口上设置有第一CF16接口，第一CF16接口上安装有直流馈通，第一CF16接口上的直流馈通分别与直流电极以及微运动补偿电极连接，第一CF200接口上还设置有与水平面呈60度夹角且用于入射边带冷却激光的上额外CF40接口，第二CF200接口上设置有第二CF40接口和第二CF16接口，第二CF16接口上安装有与43Ca原子炉连接的直流馈通。
基于43Ca+离子测量微弱高频交变磁场的方法，包括以下步骤：
步骤1、对43Ca原子炉通电加热，产生钙原子蒸气，钙原子蒸气扩散到线形离子阱中心；
步骤2、从第一CF63接口入射光电离激光到线形离子阱中心，光电离激光与43Ca原子相互作用，产生43Ca+离子；
步骤3、在射频电极上加载射频电信号，在直流电极上加载直流电压信号，在微运动补偿电极上加载直流电压信号，线形离子阱产生囚禁43Ca+离子的离子囚禁区，被囚禁的43Ca+离子的经第五CF63接口和第六CF63接口同时入射的多普勒冷却激光和回泵激光冷却到1mK以下；
步骤4、从上额外CF40接口入射边带冷却激光到离子囚禁区的中心，从第五CF63接口入射回泵激光到离子囚禁区的中心，对43Ca+离子进行边带冷却；
步骤5、从第八CF63接口的入射到离子囚禁区的中心的态探测激光、态制备激光，与从第五CF63接口的入射到离子囚禁区的中心的回泵激光同时作用，将43Ca+离子制备初态到S1/2态；
步骤6、确定第一CF63接口与第五CF63接口上安装的磁场线圈产生的静磁场的磁感应强度B，
其中，νg为待测交变磁场频率，为已知值，β＝2.86965×10-4MHz/G,x＝B/1151.131，Ehf＝3225.6082864MHz,
步骤7、确定从从第八CF63接口入射的量子位操作微波I的频率vI和量子位操作微波II的频率νII分别为：
量子位操作微波I和量子位操作微波II使得43Ca+离子能级基态|0，->分别与能级|-1，+>、|0，+>发生共振跃迁；
步骤8、求取量子位操作微波I的振幅BI和量子位操作微波II的振幅BI分别为：
其中，Ω为步骤7中共振跃迁的Rabi频率；
步骤9、利用从第八CF63接口入射的态探测激光，以及从第五CF63接口入射的回泵激光，测出43Ca+离子处在能级|0,+>随着时间衍化的布居概率，经过设定时间的测量，测量到态|0,+>与|B>间的Rabi振荡曲线，通过Rabi振荡曲线计算出Rabi振荡频率，记本步骤的Rabi振荡频率为
求取待测交变磁场的振幅Bg：
。
本发明与现有技术相比，有如下有益效果：
1、实现了对微弱交变磁场非常精密的测量；
2、对磁场的空间分辨可以达到33纳米级别；
3、在室温下进行，无需低温装置。
附图说明
图1为本发明装置整体结构示意图；
图2为本发明装置俯视结构示意图；
图3为真空室的侧面结构示意图；
图4为本发明的线形离子阱的立体结构示意图；
图5为本发明所用的43Ca+离子能级结构示意图；
图6为本发明的43Ca+离子能级基态在静磁场下的劈裂及跃迁示意图；
图7为待测交变磁场的振幅Bg与待测交变磁场频率νg的关系示意图；
图8为测量灵敏度与待测交变磁场频率νg的关系示意图。
图中：1-真空室；2-线形离子阱；3-43Ca原子炉；4-磁场线圈；5-通光窗口；6-探测窗口；7-第一CF200接口；8-第二CF200接口；9-第一CF16接口；10-第二CF16接口；11-直流馈通；12-第一CF40接口；13-射频馈通；14-第二CF40接口；15-上额外CF40接口；16-下额外CF40接口；17-升华泵；18-真空计；19-真空角阀；20-六通真空连接器；21-离子泵；22-射频电极；23-直流电极；24-陶瓷固定架；25-微运动补偿电极；26-螺纹孔；27-直流电极小孔；28-陶瓷支撑架。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
如图1-4所示，基于43Ca+离子测量微弱高频交变磁场的装置，包括真空室1，还包括设置在真空室1内的线形离子阱2和43Ca原子炉3。线形离子阱2包括射频电极22、直流电极23、陶瓷固定架24。
真空室1上周向均匀分布有第一CF63接口A、第二CF63接口B、第三CF63接口C、第四CF63接口D、第五CF63接口E、第六CF63接口F、第七CF63接口G和第八CF63接口H(分别标记为A、B、C、D、E、F、G、H，在图2中沿圆周分布逆时针方向)，第一CF63接口～第八CF63接口的中心点位于同一分布圆周，真空室1的顶面设置有第一CF200接口7，真空室1的底面设置有第二CF200接口8。
其中，第一CF200接口7上设置有第一CF40接口12和第一CF16接口9，第二CF200接口8上设置有第二CF40接口14和第二CF16接口10，第一CF200接口7上还焊接有两个与水平面呈60度夹角的上额外CF40接口15，第二CF200接口8上还焊接有两个与水平面呈60度夹角的下额外CF40接口16。
第一CF63接口A上设置有用于入射光电离激光到线形离子阱2中心的通光窗口5；第五CF63接口E上设置有用于入射多普勒冷却激光和回泵激光到线形离子阱2中心的的通光窗口5，且第一CF63接口A与第五CF63接口E分别安装有磁场线圈4。
第六CF63接口F设置有用于入射多普勒冷却激光和回泵激光到线形离子阱2中心的通光窗口5。
第八CF63接口H设置有用于入射态探测激光、态制备激光以及两束量子位操作微波(微波I、微波II)到线形离子阱2中心的通光窗口5。
第二CF63接口B和第七CF63接口G均安装了用来探测囚禁离子所发出的荧光的探测窗口6。
第四CF63接口D安装了探测窗口6，第三CF63接口通过六通真空连接器20分别与升华泵17、真空计18、真空角阀19和离子泵21连接。
真空室1通过升华泵17、真空计18、真空角阀19和离子泵21将真空室1内的真空度维持在8.0×10-9Pa左右。
真空室1呈正八边形十面体结构，真空室1沿同一圆周均匀分布的八个面的中心分别设置有八个CF63接口(A-H)，分布圆周的圆心与真空室1的中心以及线形离子阱2的中心重合，并设置为坐标原点。
其中，第一CF63接口A的中心点与第五CF63接口E的中心点的连线过坐标原点，第一CF63接口A的中心点与第五CF63接口E的中心点的连线所在直线为Z轴，Z轴正方向为第五CF63接口E的中心点至第一CF63接口A的中心点，Z轴正方向为直流电极小孔27的通光方向。
第三CF63接口C的中心点与第七CF63接口G的中心点的连线过坐标原点，第三CF63接口C的中心点与第七CF63接口G的中心点的连线所在直线为Y轴，第七CF63接口G的中心点至第三CF63接口C的中心点的方向为Y轴正方向，Y轴垂直于Z轴。
第二CF63接口B的中心点与第六CF63接口F的中心点的连线过坐标原点，第二CF63接口B的中心点与第六CF63接口F的中心点的连线与Z轴呈45度角，
第四CF63接口D的中心点与第八CF63接口H的中心点的连线过坐标原点且垂直于第二CF63接口B的中心点与第六CF63接口F的中心点的连线。
真空室1的顶面设置有第一CF200接口7，真空室1的底面设置有第二CF200接口8，第一CF200接口7的中心点与第二CF200接口8的中心点的连线所在直线为X轴，第二CF200接口8的中心点至第一CF200接口7的中心点的方向为X轴正方向，X轴过坐标原点且垂直于Y轴和Z轴。
第一CF200接口7上设置了第一CF40接口12，第一CF40接口12上安装有射频馈通13，第一CF200接口7上设置有第一CF16接口9，第一CF16接口9上安装有直流馈通11，用来连接外部电压源，为直流电极23以及四个微运动补偿电极25提供电压，第一CF200接口7上还设置有两个上额外CF40接口15，其上安装了用于入射的通光窗口5且其中一个用来入射边带冷却激光；第二CF200接口8上设置了用来连接吸气剂泵的第二CF40接口14，第二CF200接口8设置了第二CF16接口10，第二CF16接口10上安装有直流馈通11，用来为43Ca原子炉3加载电流，还设置有两个下额外CF40接口16,其上安装了用于激光入射的通光窗口5。
在第一CF63接口A和第五CF63接口E、第六CF63接口F和第八CF63接口H上分别安装了用于激光通光的通光窗口5，其中第一CF63接口A上的通光窗口5用于两次光电离激光的输入，第五CF63接口E上的通光窗口5用于回泵激光和Z方向的多普勒冷却激光的输入，第六CF63接口F上的通光窗口5用于多普勒冷却激光和回泵激光的输入，第八CF63接口H上的通光窗口5用于态探测激光、态制备激光以及两束微波(微波I、微波II)的输入，第二CF63接口B、第四CF63接口D和第七CF63接口G分别安装了用于探测真空室1内部情况的探测窗口6，第三CF63接口C与六通真空连接器20相连。
线形离子阱2包括两个直流电极23、四个射频电极22(包括第一射频电极a、第二射频电极b、第三射频电极c和第四射频电极d，第一射频电极a和第三射频电极c同相位，第二射频电极b和第四射频电极同相位且与第一射频电极a和第三射频电极c的相位相差π相位)、四个微运动补偿电极25以及陶瓷固定架24。其中两个直流电极23、四个射频电极22(a-d)以及四个微运动补偿电极25均固定在陶瓷固定架24上，通过陶瓷固定架24上的4个直径为3毫米的螺纹孔26，利用M3的螺丝使陶瓷固定架24固定在第一CF200接口7上，线形离子阱2通过两个直流电极23、四个射频电极22、四个微运动补偿电极25产生离子囚禁区，离子囚禁区位于线形离子阱2中心且位于真空室1中心区域，射频电极22通过射频导线与射频馈通13连接外部射频源，直流电极23和微运动补偿电极25均通过导线与第一CF16接口9上的直流馈通11相连，且第一CF16接口9上的直流馈通11通过滤波电路连接外部电源。43Ca原子炉3通过陶瓷支撑架28固定在第二CF200接口8上，且位于线形离子阱2中心正下方。外部电流通过第二CF16接口10上的直流馈通11加载到43Ca原子炉3来产生原子气体，为43Ca+的产生提供先决条件。
实施例2：
利用实施例1所述的基于43Ca+离子测量微弱高频交变磁场的装置进行基于43Ca+离子测量微弱的高频交变磁场的方法如下：
假设待测交变磁场具有如下形式：Bg(t)＝Bgcos(2πvgt),待测交变磁场沿X方向，其中，νg的大小已知，t为时间变量，待测交变磁场的振幅Bg是待测量。在实验中用到五种波长激光，分别为375nm(光电离)、423nm(光电离)、397nm(多普勒冷却)、866(回泵)、854nm(回泵)、729nm(边带冷却、态制备、态探测)以及两种微波I、II(量子位操作)。
步骤1、对43Ca原子炉3通电加热，产生钙原子蒸气，钙原子蒸气扩散到线形离子阱2中心。
步骤2、从第一CF63接口A的通光窗口5垂直入射光电离激光(375nm和423nm)入射到线形离子阱2中心，光电离激光与43Ca原子相互作用，产生价电子为一的钙离子(43Ca+)。
步骤3、射频源在四个射频电极22上加载射频电信号，射频电信号的频率范围为20～30MHz，输入功率范围为4～5W。直流电压源在2个直流电极23上加载的直流电压范围为100～120V。在射频电极22上产生的囚禁电场和在直流电极23上产生的直流控制电场的共同作用下产生线形离子阱2中的离子囚禁区，囚禁以上步骤所产生的43Ca+。被囚禁的43Ca+不仅受到第五CF63接口E的通光窗口5(垂直方向)和第六CF63接口F的通光窗口5(垂直方向)入射的多普勒冷却激光(397nm)与回泵激光(866nm、854nm)的同时照射，还受到加载在线形离子阱2上的补偿直流控制电场的作用，补偿直流控制电场由微运动补偿电极25上的直流电压产生，用于将43Ca+推到线形离子阱2的离子囚禁区的中心处，且使43Ca+冷却到1mK以下。
步骤4、43Ca+经过冷却进入Lamb-Dick区后(即冷却到1mK以下)，选取第一CF200接口上额外焊接的的两个上额外CF40接口15中一个，从其接口上的通光窗口5垂直入射到离子囚禁区的中心的边带冷却激光729nm，与从第五CF63接口E的通光窗口5垂直入射到离子囚禁区的中心的回泵激光(854nm和866nm)同时作用，完成43Ca+边带冷却。
步骤5、从第八CF63接口H的通光窗口5垂直入射到离子囚禁区的中心的态探测激光、态制备激光(729nm)，与从第五CF63接口E的通光窗口5垂直入射到离子囚禁区的中心的回泵激光(854nm和866nm)同时作用，将43Ca+制备初态到S1/2态。
步骤6、43Ca+离子能级在静磁场下会展现塞曼劈裂，见图5。本发明只需要考虑43Ca+离子的电子能级的基态，见图6。要使待测交变磁场与43Ca+能级|-1，+>和|0，+>的跃迁共振，可以确定通过第一CF63接口A与第五CF63接口E安装的磁场线圈4所需加的静磁场的磁感应强度B(沿Z方向施加)与待测交变磁场频率νg的关系为：
其中，所需加的静磁场的磁感应强度B以高斯(G)为单位，频率以兆赫兹(MHz)为单位，β＝2.86965×10-4MHz/G,x为一个与静磁场磁感应强度成正比的无量纲参数且x＝B/1151.131，Ehf＝3225.6082864MHz代表超精细劈裂的能量。所需加的静磁场的磁感应强度B可以通过改变加载在磁场线圈4上的电流来获得。
步骤7、从第八CF63接口H的通光窗口5入射量子位操作微波I和微波II到离子囚禁区，微波I的频率vI和微波II的频率vII分别为：
在这种情况下，这两束微波能使得43Ca+能级基态|0，->分别与能级|-1，+>、|0，+>发生共振跃迁,即图6中I跃迁、II跃迁。
步骤8、通过调节微波I的振幅和微波II的振幅，使43Ca+能级基态|0，->分别与能级|-1，+>、|0，+>发生共振跃迁，共振跃迁的Rabi频率均为Ω。Ω要满足以下条件：B/277.307＞＞Ω＞＞Ωg，其中Ωg为态|0,+>与|B>间的Rabi振荡频率。具体操作时可将Ω选定为4πβB/10。I、II跃迁所对应的振幅时间函数BI(t)、BII(t)随时间的演化分别设为BI(t)＝BIcos(2πνIt)，BII(t)＝-BIIcos(2πνIIt)，方向均为X方向。这样，可以根据Ω求出对应的微波I的振幅BI与微波II的振幅BII
其中x＝B/1151.131，Ω以Mrad/s为单位，算出的磁场以G为单位。
以上微波I和微波II，导致43Ca+离子在态|0,+>与|B>之间作简谐振荡，即Rabi振荡，其中
步骤9、利用从第八CF63接口H的通光窗口5垂直入射的态探测激光(729nm)，以及从第五CF63接口E的通光窗口5垂直入射的回泵激光(854nm、866nm)，可以测出43Ca+处在能级|0,+>随着时间衍化的布居概率。经过一段时间的测量，可以测量到态|0,+>与|B>间的Rabi振荡曲线，通过Rabi振荡曲线计算出其Rabi振荡频率，为再根据以下关系式
算出Bg。
由图7所示，在待测交变磁场的频率νg处于0-390MHz范围内，依据上述步骤可以测得待测交变磁场的振幅Bg的范围为μT量级。测量的灵敏度定义为假设能观测的Rabi振荡的时间为Tg，那么它们满足
其中灵敏度单位为/>Tg单位为s，x为我们在前面已经定义的参数。利用x与信号频率的关系，可以定出/>与vg的关系，如图8所示。若能保证Rabi振荡的持续时间Tg达到秒的量级，测量灵敏度/>可以达到/>对于特定的测量，由于Rabi振荡的时间可以根据实际情况来选取，灵敏度/>可以通过/>再除以/>得到。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (1)
1.基于43Ca+离子测量微弱高频交变磁场的方法，利用基于43Ca+离子测量微弱高频交变磁场的装置，包括真空室(1)，还包括设置在真空室(1)内的线形离子阱(2)和43Ca原子炉(3)，
真空室(1)上周向均匀分布有第一CF63接口(A)、第二CF63接口(B)、第三CF63接口(C)、第四CF63接口(D)、第五CF63接口(E)、第六CF63接口(F)、第七CF63接口(G)和第八CF63接口(H)，第一CF63接口(A)～第八CF63接口(H)的中心点位于同一分布圆周，真空室(1)的顶面设置有第一CF200接口(7)，真空室(1)的底面设置有第二CF200接口(8)，
第一CF63接口(A)上设置有用于入射光电离激光到线形离子阱(2)中心的通光窗口；第五CF63接口(E)上设置有用于入射多普勒冷却激光和回泵激光到线形离子阱(2)中心的通光窗口，且第一CF63接口(A)与第五CF63接口(E)分别安装有磁场线圈(4)，
第六CF63接口(F)设置有用于入射多普勒冷却激光和回泵激光到线形离子阱(2)中心的通光窗口，
第八CF63接口(H)设置有用于入射态探测激光、态制备激光、量子位操作微波I、量子位操作微波II到线形离子阱(2)中心的通光窗口，
第二CF63接口(B)和第七CF63接口(G)均安装了用来探测囚禁离子所发出的荧光的探测窗口(6)，
第四CF63接口(D)安装有探测窗口(6)，第三CF63接口(C)通过六通真空连接器(20)分别与升华泵(17)、真空计(18)、真空角阀(19)和离子泵(21)连接，
所述的线形离子阱(2)包括陶瓷固定架(24)，以及固定在陶瓷固定架(24)上的直流电极(23)、射频电极(22)和微运动补偿电极(25)，陶瓷固定架(24)固定在第一CF200接口(7)上，线形离子阱(2)产生的离子囚禁区位于线形离子阱(2)中心且位于真空室(1)中心，
所述的第一CF200接口(7)上设置了第一CF40接口(12)，第一CF40接口(12)上安装有射频馈通(13)，射频馈通(13)与射频电极(22)连接，第一CF200接口(7)上设置有第一CF16接口(9)，第一CF16接口(9)上安装有直流馈通(11)，第一CF16接口(9)上的直流馈通(11)分别与直流电极(23)以及微运动补偿电极(25)连接，第一CF200接口(7)上还设置有与水平面呈60度夹角且用于入射边带冷却激光的上额外CF40接口(15)，第二CF200接口(8)上设置有第二CF40接口(14)和第二CF16接口(10)，第二CF16接口(10)上安装有与43Ca原子炉(3)连接的直流馈通(11)，
其特征在于，上述方法包括以下步骤：
步骤1、对43Ca原子炉(3)通电加热，产生钙原子蒸气，钙原子蒸气扩散到线形离子阱(2)中心；
步骤2、从第一CF63接口(A)入射光电离激光到线形离子阱(2)中心，光电离激光与43Ca原子相互作用，产生43Ca+离子；
步骤3、在射频电极(22)上加载射频电信号，在直流电极(23)上加载直流电压信号，在微运动补偿电极(25)上加载直流电压信号，线形离子阱(2)产生囚禁43Ca+离子的离子囚禁区，被囚禁的43Ca+离子的经第五CF63接口(E)和第六CF63接口(F)同时入射的多普勒冷却激光和回泵激光冷却到1mK以下；
步骤4、从上额外CF40接口(15)入射边带冷却激光到离子囚禁区的中心，从第五CF63接口(E)入射回泵激光到离子囚禁区的中心，对43Ca+离子进行边带冷却；
步骤5、从第八CF63接口(H)的入射到离子囚禁区的中心的态探测激光、态制备激光，与从第五CF63接口(E)的入射到离子囚禁区的中心的回泵激光同时作用，将43Ca+离子制备初态到S1/2态；
步骤6、确定第一CF63接口(A)与第五CF63接口(E)上安装的磁场线圈(4)产生的静磁场的磁感应强度B，
其中，νg为待测交变磁场频率，为已知值，β＝2.86965×10-4MHz/G,x＝B/1151.131，Ehf＝3225.6082864MHz,
步骤7、确定从第八CF63接口(H)入射的量子位操作微波I的频率vI和量子位操作微波II的频率vII分别为：
量子位操作微波I和量子位操作微波II使得43Ca+离子能级基态|0，->分别与能级|-1，+>、|0，+>发生共振跃迁；
步骤8、求取量子位操作微波I的振幅BI和量子位操作微波II的振幅BI分别为：
其中，Ω为步骤7中共振跃迁的Rabi频率；
步骤9、利用从第八CF63接口(H)入射的态探测激光，以及从第五CF63接口(E)入射的回泵激光，测出43Ca+离子处在能级|0,+>随着时间衍化的布居概率，经过设定时间的测量，测量到态|0,+>与|B>间的Rabi振荡曲线，通过Rabi振荡曲线计算出Rabi振荡频率，记本步骤的Rabi振荡频率为Ωg/√2，
求取待测交变磁场的振幅Bg：
。
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