論文の概要: Electric field analysis in a cold-ion source using Stark spectroscopy of
Rydberg atoms
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.10044v1
- Date: Fri, 17 Mar 2023 15:14:42 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-20 14:17:24.647559
- Title: Electric field analysis in a cold-ion source using Stark spectroscopy of
Rydberg atoms
- Title（参考訳）: ライドバーグ原子のスターク分光法による冷イオン源の電界解析
- Authors: Alisher Duspayev and Georg Raithel
- Abstract要約: 我々は、1064nmレーザー光に対して、ほぼ同心の真空中空洞の焦点に閉じ込められた冷Rb原子の準連続光イオン化によって生じるイオン源の電界を解析した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We analyze electric fields in ion sources generated by quasi-continuous
photo-ionization of cold Rb atoms trapped in the focal spot of a
near-concentric, in-vacuum cavity for 1064-nm laser light. Ion streams are
extracted with an external electric field, ${\bf{F}}$. Stark effects of Rb
57$F$ and of nearby high-angular-momentum Rydberg levels, which exhibit large,
linear Stark shifts, are employed to study the net electric-field probability
distribution within the ion-source region over an extraction-field range of
$0<F<0.35$ V/cm. For $F=0$, we also investigate ion-field-induced Stark spectra
of the 60$P_{1/2}$-state, which exhibits a (lesser) quadratic electric-field
response that affords a simplified electric-field analysis. Experimental
Rydberg spectra are compared with theoretical Stark spectra, which are weighed
with net electric-field distributions obtained from classical ion-trajectory
simulations that include Coulomb interactions. Experiments and models agree
well. At small $F$ and high ion source rates, the field approximately follows a
Holtsmark distribution, and the ion streams are degraded by the Coulomb
micro-fields. With increasing $F$ and at lower ion source rates, the fields
become narrowly distributed around ${\bf{F}}$, resulting in directional ion
streams that are less degraded by micro-fields. Our results are of interest for
monitoring cold-ion sources for focused-ion-beam applications, where Coulomb
interactions are of concern, and for studies of electric fields in cold
plasmas.
- Abstract（参考訳）: 1064nmレーザー用近心型真空キャビティの焦点近傍に閉じ込められた冷媒rb原子の準連続光イオン化により発生したイオン源の電界を解析した。
イオンストリームは外部電場${\bf{F}}$で抽出される。
Rb 57$F$および近隣の高角運動量Rydberg濃度のスターク効果は、0<F<0.35$V/cmの抽出フィールド範囲でイオン源領域内の純電場確率分布を研究するために用いられる。
f=0$の場合、60$p_{1/2}$状態のイオン場誘起スタークスペクトルも調べ、より単純な電場解析を可能にする(より小さい)二次電界応答を示す。
実験的なライドバーグスペクトルは、クーロン相互作用を含む古典的イオン-軌道シミュレーションから得られる純電場分布と重なる理論スタークスペクトルと比較される。
実験とモデルはうまく一致します。
小さなf$と高いイオン源速度で、磁場はおよそホルツマルク分布に従い、イオンの流れはクーロンマイクロフィールドによって劣化する。
F$の増加と低いイオン源率の上昇により、フィールドは${\bf{F}}$付近に狭く分散し、マイクロフィールドによる劣化の少ない方向性イオンストリームとなる。
本研究は,クーロン相互作用が懸念される集束イオンビーム用冷電源のモニタリングと,冷プラズマ中の電場の研究を目的とした。
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