一种螺旋谐振器的制作方法

本文涉及但不限于谐振器，尤指一种螺旋谐振器。

背景技术：

1、离子量子计算将信息编码于带电离子的电子内态，通过激光或者微波等方式实现相干量子操作完成相应的量子算法。而离子量子计算依赖于离子阱装置产生电磁场，在空间中形成束缚带电离子的势场，使得带电离子能够被稳定囚禁在无源真空中。

2、用于量子计算的离子阱结构多采用线性保罗阱，即通过直流电压形成轴向(z轴)静态势阱，并通过射频电压在径向(x和y轴)形成射频势阱，该射频势阱由于频率较高(1～100mhz左右)可以等效于在径向形成束缚的赝势，进而实现离子在三维空间的束缚。附图1是线性保罗阱的电学连接示意图，直流电压通过直流信号源及滤波电路(图中未显示)施加到离子阱的直流电极；而射频信号需要经过射频放大器。由于离子阱射频电极不是常规传输线50欧姆的负载，直接施加一个射频电压到射频电极，大部分功率都会被反射回放大器，实际电极上的电压仍然很低无法达到束缚离子的要求，因此需要螺旋谐振腔等装置实现射频放大器与离子阱装置之间的阻抗匹配,且可以在射频电极上再次放大射频电压信号。施加到射频电极上的电压v∝√pq，其中p是经过放大器输出的射频功率，q是螺旋谐振腔的品质因数，q越高则对应着对电压的放大倍数越高。

3、附图2是传统的螺旋谐振器的外观示意图，完整的螺旋谐振器是利用铜材质的圆形管作为谐振腔主体1’，对外有多个射频接口供给电学信号的输入与输出，此外还有1根或者2根铜线(即螺旋线圈2’)连接离子阱电极。附图3是传统螺旋谐振器的剖面示意图，铜制管内含有铜螺旋线，并通过绝缘的pvc板固定放置于铜管内部，绕制天线(即天线线圈4’)提供射频信号的输入。为了实现离子阱电极与射频放大器的阻抗匹配，需要调节天线螺距以及天线盖子3’以改变天线在铜管内的位置，调节完成后可以通过螺丝等手段固定天线盖子3’。然而在传统的设计中，天线盖子3’的移动主要通过人工手调的方式，无法实现精细的调谐，并且结构的不稳定使得调谐困难。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了一种螺旋谐振器，通过增加可调谐电芯，可以实现阻抗匹配的精细调谐。

2、为此，本申请实施例提供了一种螺旋谐振器，包括：谐振腔主体，所述谐振腔主体内部为圆柱状的中空结构；螺旋线圈，设于所述谐振腔主体内，所述螺旋线圈包括至少一个螺旋线；天线盖板，盖设于所述谐振腔主体的一端；天线线圈，固定于所述天线盖板，并位于所述谐振腔主体内，且与所述螺旋线圈同轴相对设置；和可调谐电芯，包括调节装置和磁芯，所述磁芯安装于所述天线盖板，且部分位于所述谐振腔主体内；所述天线线圈套设于所述磁芯外侧并与所述磁芯同轴设置；所述磁芯插装于所述天线盖板并与所述天线盖板活动连接；所述调节装置与所述磁芯相连，设置成驱动所述磁芯相对所述天线盖板沿所述天线线圈的轴向运动，以调节所述磁芯位于所述谐振腔主体内的长度。

3、相较于传统设计，本方案增加了可调谐电芯。可调谐电芯的磁芯的一部分位于谐振腔主体内，并位于天线线圈内部。因此，磁芯位于谐振腔主体内的部分与天线线圈构成一个电感系统。天线线圈内磁芯长度的改变可以导致该电感系统的电感值改变，进而改变该电感系统与螺旋线圈之间的互感值，从而可以实现该电感系统与螺旋线圈和负载(离子阱的射频电极)组成的负载系统之间的阻抗匹配，也即实现射频放大器与离子阱电极间的阻抗匹配。这样，通过调节装置来调节磁芯位于谐振腔主体内的长度，即可调节插入天线线圈内部的磁芯的长度，即：实现螺旋谐振器的精细调谐，进而实现阻抗匹配的精细调节。

4、在一种示例性的实施例中，所述调节装置至少部分位于所述谐振腔主体外。

5、在一种示例性的实施例中，所述调节装置包括：螺纹调节件，所述螺纹调节件与所述天线盖板螺纹连接，并与所述磁芯固定连接，所述螺纹调节件设置成相对所述天线盖板转动，以驱动所述磁芯相对所述天线盖板沿所述天线线圈的轴向运动。

6、在一种示例性的实施例中，所述调节装置包括测微头，所述测微头包括调节结构和测微螺杆，所述测微螺杆与所述磁芯固定连接；所述调节结构与所述测微螺杆相连，设置成驱动所述测微螺杆沿所述天线线圈的轴向运动，以驱动所述磁芯相对所述天线盖板沿所述天线线圈的轴向运动。

7、在一种示例性的实施例中，所述测微螺杆的一端位于所述谐振腔主体内并与所述磁芯固定连接，所述调节结构位于所述谐振腔主体外并与所述测微螺杆相连。

8、在一种示例性的实施例中，所述调节装置包括压电陶瓷，所述压电陶瓷的一端固定于所述天线盖板，所述压电陶瓷的另一端与所述磁芯固定连接，所述压电陶瓷设置成改变电压以改变所述压电陶瓷的长度，进而驱动所述磁芯相对所述天线盖板沿所述天线线圈的轴向运动。

9、在一种示例性的实施例中，所述谐振腔主体的外侧壁包括第一侧壁，所述第一侧壁设有射频接头，所述第一侧壁设置为平面状；和/或，所述谐振腔主体的外侧壁包括第二侧壁，所述第二侧壁设置为平面状，所述第二侧壁设置成与底座固定连接以将所述螺旋谐振器固定于所述底座。

10、在一种示例性的实施例中，所述谐振腔主体的外壁呈长方体状。

11、在一种示例性的实施例中，所述螺旋谐振器还包括：端盖，盖设于所述谐振腔主体远离所述天线盖板的一端，所述螺旋线圈的输出端穿过所述端盖伸出至真空电馈通以与离子阱射频电极相连；和电馈通屏蔽罩，与所述端盖相连，设置成罩设于所述真空电馈通。

12、在一种示例性的实施例中，所述螺旋谐振器还包括：第一绝缘支架，设于所述谐振腔主体内，设置成固定所述螺旋线圈的主体部分。

13、在一种示例性的实施例中，所述第一绝缘支架包括：多个沿所述螺旋线圈的周向间隔设置的子支架，所述子支架设有与所述螺旋线圈对应设置的螺旋槽，所述螺旋线圈局部嵌入所述螺旋槽内。

14、在一种示例性的实施例中，所述螺旋谐振器还包括：第二绝缘支架，设

15、于所述谐振腔主体内，设置成固定所述螺旋线圈的输出接头；和/或，第三绝5缘支架，设于所述谐振腔主体内，并与所述天线盖板固定连接，所述天线线

16、圈套设于所述第三绝缘支架。

17、在一种示例性的实施例中，所述天线盖板与所述谐振腔主体可拆卸连接。

18、本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说

19、明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通0过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。

技术特征：

1.一种螺旋谐振器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的螺旋谐振器，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的螺旋谐振器，其特征在于，所述调节装置包括：

4.根据权利要求2所述的螺旋谐振器，其特征在于，所述调节装置包括测微头，所述测微头包括调节结构和测微螺杆，所述测微螺杆与所述磁芯固定连接；所述调节结构与所述测微螺杆相连，设置成驱动所述测微螺杆沿所述天线线圈的轴向运动，以驱动所述磁芯相对所述天线盖板沿所述天线线圈的轴向运动。

5.根据权利要求4所述的螺旋谐振器，其特征在于，所述测微螺杆的一端位于所述谐振腔主体内并与所述磁芯固定连接，所述调节结构位于所述谐振腔主体外并与所述测微螺杆相连。

6.根据权利要求1所述的螺旋谐振器，其特征在于，所述调节装置包括压电陶瓷，所述压电陶瓷的一端固定于所述天线盖板，所述压电陶瓷的另一端与所述磁芯固定连接，所述压电陶瓷设置成改变电压以改变所述压电陶瓷的长度，进而驱动所述磁芯相对所述天线盖板沿所述天线线圈的轴向运动。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的螺旋谐振器，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的螺旋谐振器，其特征在于，

9.根据权利要求1至6中任一项所述的螺旋谐振器，其特征在于，还包括：

10.根据权利要求1至6中任一项所述的螺旋谐振器，其特征在于，还包括：

11.根据权利要求10所述的螺旋谐振器，其特征在于，所述第一绝缘支架包括：

12.根据权利要求1至6中任一项所述的螺旋谐振器，其特征在于，还包括：

13.根据权利要求1至6中任一项所述的螺旋谐振器，其特征在于，所述天线盖板与所述谐振腔主体可拆卸连接。

技术总结
本申请实施例提供了一种螺旋谐振器，包括：谐振腔主体，谐振腔主体内部为圆柱状的中空结构；螺旋线圈，设于谐振腔主体内，螺旋线圈包括至少一个螺旋线；天线盖板，盖设于谐振腔主体的一端；天线线圈，固定于天线盖板，并位于谐振腔主体内，且与螺旋线圈同轴相对设置；和可调谐电芯，包括调节装置和磁芯，磁芯安装于天线盖板，且部分位于谐振腔主体内；天线线圈套设于磁芯外侧并与磁芯同轴设置；磁芯插装于天线盖板并与天线盖板活动连接；调节装置与磁芯相连，设置成驱动磁芯相对天线盖板沿天线线圈的轴向运动，以调节磁芯位于谐振腔主体内的长度。本方案通过增加可调谐电芯，可以实现阻抗匹配的精细调谐。

技术研发人员：梅全鑫,姚麟,赵文定,蔡明磊
受保护的技术使用者：华翊博奥(北京)量子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13