离子阱技术被普遍使用在对原子频标、量子计算、质谱学等微观粒子领域的研究。离子阱种类繁多,Paul阱由于其先进性能被广泛使用。而Paul阱基础上发展来的线形Paul阱减小了Paul阱中囚禁多离子的“射频加热”问题,同时可通过调节轴向束缚势改变被囚离子轴向位置,具有更广泛的应用。线形Paul阱正常工作离不开电源系统,本文正是为中国科学院武汉物理与数学研究所的线形Paul阱设计一套完整电源系统,即离子阱电源系统。所设计的离子阱电源系统包括直流电源和射频电源,结合嵌入式平台,实现电脑程控。本文分析了线形Paul阱的阻抗特性、工作特点以及对电源的关键参数要求,完成了电源的设计指标、实现方案、电源系统研制、电源系统测试等。主要进行了如下工作:(1)电源设计指标的提出。根据线形阱囚禁原理、离子运动方程、势阱深度,提出射频电源的设计指标:两路对称输出,频率2MHz~4MHz,电压Vpp为0~800V,失真度小于1%。直流电源指标:12路独立输出,有10V、500V、1000V三个量程,各量程内电压纹波小于1‰,电压误差不超过1%。同时电源系统必须程控,并具有显示功能。(2)方案设计。分析了离子阱的负载阻抗特性,结合电源指标和操作简单等设计原则,设计出由精密程控电源和程控射频电源组成的电源系统。软件系统和硬件系统是构成所研制的线形阱电源系统的两大主体。软件系统由上位机用户层软件和下位机控制软件组成,通过PC机和单片机的通信来完成对电源的程控。精密程控电源硬件实现基于线性稳压电源电路结合PI调节原理,达到输出电压可调节、纹波较小的要求。程控射频源设计方案是将DDS输出的小信号通过三级功率放大电路进行功率放大,并通过宽频匹配网络、滤波器网络,最后输出频谱干净的对称正弦波。(3)电源系统的研制。基于MFC框架技术设计了用户操作界面,并以dsPIC30F4011单片机为控制核心,搭建了电源的控制平台,并设计出单片机控制的软件系统。根据方案设计出精密程控电源的电路原理图,器件选型,最后制作出电源。在射频放大电路的基本理论上,搭建了DDS信号产生电路,设计了三级放大电路结构,讨论了各级的原理图、工作特点、功能、功率放大与合成手段,设计并制作了两个级联的1:4传输线变压器阻抗变换电路,达到了宽带匹配网络和升压变换的目的,并且通过7阶切比雪夫滤波器得到了失真小的正弦波。射频电源制作时考虑了电磁兼容性、辐射屏蔽、大功率元件散热、PCB布局布线等问题。(4)电源系统测试。在搭建好的电源平台上进行了软件系统和硬件系统连机整体测试,检测了由人工从上位PC机发出指令,单片机控制系统动作的可操作性和正确率。中国科学院武汉物理与数学研究所实际使用情况表明,本离子阱电源系统能很好的工作在线形Paul阱上,成功囚禁了40Ca+离子,得到的离子信号为结晶态,达到了设计指标。