# 三维离子阱工作台 · 操作与模型说明 版本 6.1.0，2026-10-24。只在本机运行，入口 http://127.0.0.1:8787/ 。 ## 工作台与参考配置 默认所有面板收起，主场景占据大部分窗口。左侧依次是设备架、射频与阱、激光锁频、真空成像；右侧是荧光成像、实验诊断；底部是示波器与实验记录。鼠标移入标签展开，进入面板可继续操作，离开约 350 ms 后收起。点图钉可保持，点关闭或按 Esc 收起。键盘 Tab 导航不会因鼠标离开而关闭面板。 点击“载入参考配置”会安装完整光学与电学链路，并从初始真空状态开始实际演化。等待高真空、装载和冷却；出现“离子像已分辨”后打开右侧荧光成像。暂停只停止物理时钟，仍可编辑设备并比较瞬时模型读数。 ## 设备架与搭建 拖动光电器件卡片到台面松手即可放置；落地泵组卡片按地面射线放置在台下后侧独立垫高支架。也可先点击卡片“＋ 放置”，再点台面目标位置；按 Esc 取消。先选卡片中的型号，再放置，所选范围和性能进入相应参数通道。光源、AOM、物镜、相机以及电学通道为单实例，重复放置会移动原件；透镜和反射镜可添加多件。 “移回设备架”删除所选器件；固定阱体不可编辑、移动或删除。“关闭器件”用于主动设备，只关闭输出并保留实体外壳，不能代替实际移开。镜、透镜与物镜是被动器件，没有电源开关，始终保持其反射、折射和遮挡作用；旧配置中的禁用标记也不会让被动器件消失。清空只保留固定阱体，可撤销恢复清空前布局；撤销布局不回退已经流逝的物理时间。仪器设置保存于本机浏览器，启动时物理状态重新演化。 设备与输出命令分开记录：射频源、放大器和谐振器必须全部存在且启用，RF 才能到达电极；没有电压源时端帽、径向 DC 和补偿电压为零；移除泵或稳频器停止相应控制。激光、装载和相机也受设备存在状态门控。重新接入会沿用保留的设定。控制抽屉的开关表示命令，实际输出以读数、仪器连接和诊断为准。电子仪器按可见的固定支路预接线，选择型号即可替换已连接仪器，不需要手工拉线；RF 经过真空馈通，DC 接端电极，真空泵接腔体，稳频接冷却激光，分压探头接示波器。AOM 有独立集成 RF 驱动与选级组件，关闭驱动后工作衍射支路中断；内部零级废光不显示。未模拟自由电缆网表或摆放引起的电缆损耗，但仪器外壳会遮挡光路。 ## 三维观察与器件角度 - “移动”：拖动器件改变 XY；底部可精确输入 XYZ。 - “旋转”：拖动器件，或抓住绿色球形旋钮调方位角；底部另有俯仰输入和 0.01° / 0.1° / 1° 微调。 - “观察”：拖动场景环绕。空白处拖动也可环绕，右键或 Shift 拖动平移，滚轮缩放。观察相机的变化不改变物理器件坐标。 - 方向键微调所选器件，`[` / `]` 微调方位角。阱检视显示电极、端电极、陶瓷及尺寸注释，自动隐去无关外壳和其它器件；回到立体视图恢复全台。 X/Y 使用台面投影坐标，单位mm。普通光电器件Z表示参考光轴的垂直平移，参考光轴在世界Z=30 mm；泵组Z是地面安装基准，固定为世界Z=−761 mm。激光的方位角与俯仰定义出射方向；透镜为光轴方向；反射镜为镀膜正面的外法线，镜架有 +n / FRONT 标记。必须从正面入射，镜背、基片与镜架均会吸收光。镜面转 δθ 时，同一平面内反射光约转 2δθ。实际传播使用三维向量反射。 ## 光路、束腰与对照 光线共同检查有限孔径光学面和不透明实体的最近交点，再计算反射、透镜和 AOM 作用。激光/仪器外壳、镜架、底座支杆、台面、腔壁、窗口孔口与实际电极会截住光线；阱→物镜→相机的荧光路径也检查遮挡。真空腔剖视仅方便观察，不取消计算中的金属壁。Gaussian 复 q 逐段自由传播，在薄透镜处变换；数据表和束腰坐标使用实际数值。辅助光束包络可放大半径，焦点与中心位置不放大。诊断中“耦合”同时包含阱心偏离和器件透过，并非单独的几何重合百分比。在离子之后截束不会消除已经到达离子的光。 可操作对照：载入本版参考配置并暂停，再点“折叠光路示例”。新增独立397 nm转向镜，不挪用375/423 nm双色镜。镜面正面法线247.5°使向+X传播的光转向315°，沿既有AOM、合束镜和消色差透镜入阱。调角0.1°并查看阱心偏离与功率；法线反转到67.5°为背面入射，应被阻挡。改变公共透镜焦距可同时比较两种波长的束腰，数值以当前诊断为准。 改变光路可能同时改变是否穿过 AOM；漏过 AOM 会改变离子处真实频率链，不能只看激光面板上的失谐设定。重新放入 AOM 和相机时，分别沿用当前 AOM 频率与中继放大率，保持设备参数与控制设定一致。 ## 有限电极电场与轨迹 点击工作台上方“电场与轨迹”。默认跟随主工作台实际 RF 链路电压；手动电压模式只作用于数值电场和单离子探针，不修改主台装载、冷却与荧光。改变 r₀、z₀、RF 频率和 DC 电压则同步到主台相应设定。自动更新开启时，参数停止改变后重新计算；旧结果明确标为上次快照。 截面图可切换 x–y 与轴向截面、有效势能、瞬时电势及 RF 峰值场幅值。坐标使用 µm；颜色上限采用第98百分位，原始数据不截断。等长箭头只表示场方向；具体场强由指针读数查看。灰区为导体内部。 轨迹对同一数值时变 RF＋DC 场直接积分，列出每周期步数、物理时间、终止条件和 h / (h/2) 差。单离子探针不要求主台已装载，不包含冷却、碰撞或 Coulomb 相互作用。局部曲率频率按大小排序，负数表示负曲率对应的增长率模；有限时间轨迹未逃逸不证明长期稳定。 点“返回三维工作台”可查看探针轨迹；使用“阱区放大”和“位移倍率”调节观察。放大只改变轨迹显示，始终有倍率标记；“轨迹播放”可暂停动画。主参数变化后，旧三维轨迹自动移除，重新计算后恢复。独立探针轨迹不是 EMCCD 荧光离子。 “几何、数值误差与模型适用范围”列出网格间距、接地计算域和离散方程残差。可在“接地盒径向半宽 / r₀”中选择 4.4、5.5 或 7，对照数值外边界，三维腔体不随之变化。比较 standard 与 fine，分别评估几何离散误差和时间步长误差；SOR 残差较小不代表近表面插值和中心曲率均已收敛。几何变化需要重新求边界基函数；电压和频率变化可复用单位电压基函数。点击导出保存完整计算快照。 ## 精度与近似 三维机械装配为教学示意，不用于加工；RF 杆表面净空由 r₀ 调节，中空端电极最近面由 ±z₀ 调节。离子荧光标记仅在物理与探测条件允许时显示，标记尺寸为可视化放大；定量间距、温度、PSF 和计数应查看 EMCCD 与物理诊断。 光路中心线宽、对比轮廓和方向箭头均为显示辅助，不代表束径。可在“光路显示”中调整；包络半径与独立探针位移倍率分开设置。 有限场以真空、等势金属及指定几何为边界，采用三维有限差分与 SOR 迭代，在有限接地计算盒内求解，未纳入真实外壳屏蔽、陶瓷介质及加工误差，也未声称实物标定精度。详见 [ELECTRODE_FIELD.md](ELECTRODE_FIELD.md)。 Gaussian 束采用近轴、薄透镜、单一 q 近似；不透明实体按解析几何主光线遮挡。大倾角像差、真实双程 AOM 内部对准、边缘衍射、散射、部分遮挡瞳的波动PSF与器件机械碰撞未求解；荧光收集用96条确定性瞳面射线检查机械遮挡；细线缆、螺纹与小螺钉不参与遮挡。三维镜面反射本身不使用小角度公式。视图、显示包络倍率和主题不改变模型。 原始方程与 MIT/Oxford 讲义见 [OPTICS.md](OPTICS.md)。RF/原子/真空、动力学、相机模型继续见 [PHYSICS.md](PHYSICS.md)、[DYNAMICS.md](DYNAMICS.md)、[CAMERA.md](CAMERA.md)。本地 Three.js 0.180.0 及 MIT 许可随包提供，运行无需外链。 ## v6 仪表与光阑 RF为两路相差180°的平衡输出，两对电极分别为差分Vpk的±1/2。分压器为100:1差分探头；示波器列出原始输入、电极折算与模型真值，折算不会消除带宽衰减。移走谐振器时电极为零，上游源和功放仍有实际输出。三维小屏与抽屉读数使用同一状态，停用支路线缆变灰。DC馈通代表端帽、径向偏置与补偿的多芯滤波支路。 成像NA是可调光阑的物方接受上限；设置会同时改变可见光阑、实体遮挡和接受锥。物镜、真空窗、相机15.6 mm入口中最小接受孔径限制实际NA，有限瞳面射线估算部分遮挡和窗透射。详细反例与范围见REALITY_AUDIT.md。 暂停后改变参数或器件，瞬时诊断、功率与相机预期在操作后直接重算，不等待动画帧；物理时间、温度、压力与离子数不因此前进。后台页面恢复后不补算关闭期间的演化。 ## 气浮隔振支座与观察 “隔振支撑”视图直接显示台面以下的支承与气路；“立体视图”返回实验光路。四个支座采用地面侧气室柱、封闭橡胶膜片和浮动承载顶盘；金属外壳最高处与浮动活塞最低处保留8 mm示意间隙，没有刚性杆直接穿过膜片短接台面与地面侧。底座有橡胶接触面，全部接触同一地面。此教学装配台高为760 mm，属于本图的几何设定，不是标准商用高度或安装建议。 三只调平阀控制四支座，阀A给A、D并联气室供气，B、C分别控制另外两支座，形成三点调平拓扑。轻触式弹性杆接触桌面底部，用于高度感测，不承担桌面载荷；它不是完全无接触装置。共用调压过滤组件固定在地面侧框架，软管有弯曲余量，接入地面侧气室，不作为浮台的刚性牵拉连接。 压力表只标“结构示意”，不显示虚构压力；本版未计算气压、载荷容量、自动调平动态、振动谱或隔振传递率，也没有把隔振支座当作主动振动反馈控制器。台面、支座、膜片及底座等主要实体共用渲染/遮挡尺寸；细气管和弹性感测杆与其它细导线一样只作结构显示。 拓扑依据：[Newport S-2000原厂安装手册](https://www.newport.com/medias/sys_master/npresources/h60/h66/9954526920734/S-2000%20Vibration%20Isolators%20and%20Optical%20Table%20Installation%20Manual/S-2000-Vibration-Isolators-and-Optical-Table-Installation-Manual.pdf)，§3.3.1及图8。图示尺寸、材料和气路外观是教学装配，不复制或宣称某型号认证性能。 ## v6.1.0 泵组安装与完整预接线 泵组由分子泵、干式隔膜前级泵、电子驱动器和独立控制器组成，固定在带橡胶脚的332×301 mm底盘和安装架上，入口最高346.7 mm。此包络参考[Pfeiffer HiCube Eco/80原厂目录](https://usa.pfeiffer-vacuum.com/wp-content/uploads/HiCube-TurboPumpingStations.pdf)中DN63 ISO-K结构；不是厂家CAD复刻。原厂80级N₂额定抽速约67 L/s，与本教学设备参数60 L/s不同，不应混用。背泵不与高真空抽速相加。 泵组只能在台左外侧地面区域X=−900…−550 mm、Y=−380…380 mm移动，Z绑定地面，方位及俯仰锁定。旧保存的台面泵自动迁移并去掉不再存在的“离子泵”名称。腔体预留真实DN25侧泵口，约22 mm通径；隔离阀本版固定为开启。渐扩接头连接DN63主管，主管在台面以上走到桌外，再通过有弯曲余量的金属波纹管下降至分子泵入口。DN16前级管接背泵；支架、驱动器抱箍及电源线均有连续连接。主要泵体、管道、阀体和配电外壳与遮挡使用共同几何。 C是当前气种下含腔颈、阀、弯头与波纹管的**集总有效流导**。默认40 L/s是教学假设，不是按此图示管长/内径精算，也不随泵位置自动改变；移动泵后应独立重新评估C，再输入本模型。界面报告几何长度，不能把它当成已完成气体动力学计算。参考基底参数改为2×10⁻⁷ Pa，与壁放气/漏气共同决定腔压；无独立离子泵或getter。模型从预抽的密封腔开始，不模拟实际分子泵启停转速、压缩比、烘烤、全流态和硬件保护联锁。 完整参考配置含27条安装支路：RF源→功放→谐振器→RF±馈通，DC多芯馈通，100:1差分监测→示波器CH1，稳频误差→CH2、参考腔透射→CH3；冷却激光内部取样与执行器反馈分开；四台激光器DC/TEC、AOM独立RF、相机低压电源/数据/触发、泵远程状态均接到台底控制接口。外部电源/保护接地接配电盒，再供电仪器和控制接口，属于固定预接的设施，不要求学生编辑市电。所有线起止点来自同一命名插座；台下到台上的服务线从桌外升高，未穿过实心台板。器件关闭保留连接，信号颜色表示有效状态；移除器件才移除对应线。 激光内部取样的损耗已包含于主输出功率设定；未显示参考腔内部完整光学布局。AOM集成驱动器未接/关闭会失去选定衍射支路。相机未接/关闭只停止探测，不删除离子或物理散射。锁频未接只使频率控制开环，初始频率仍可能恰好符合冷却要求。AC/PE不参与额外市电动态仿真，细线缆仍不纳入光学遮挡。 选中器件后点击“仪器特写”，从前面板方向观察；其它器件外壳暂时隐藏以免遮挡检视，但实际光路求解仍保留其遮挡。泵特写从台左外侧观察完整落地泵组，主管全貌可用“隔振支撑”视图查看。仪表小屏显示当前模型读数；示波器第二行是电极折算Vpk，第三行同时列出CH1实际输入Vpk，100:1折算不消除带宽衰减。屏幕前置于金属面板外，避免读数被实体盖住。 主管和前级管采用连续中空索引网格，弯接/渐扩处内外壁连续，首尾环与真实法兰轴对齐。渲染和光学遮挡直接共用网格，避免逐段斜交管件之间留下通外界的楔缝。`vacuum-shell.js`提供共享管壳及三角形射线交点；这是一致的教学几何，不是加工CAD或气体流场求解。 ## 激光稳频实验 点击工作台顶部“激光稳频实验”打开大面板。宽扫描会开启397 nm输出、关闭PI，采用80 MHz峰峰范围、0.1 Hz及1×时间；扫描中心需手动调节。观察CH3透射峰和CH2误差零点，缩小到8 MHz，启用PI后关闭扫描；再关PI作开环对照，或注入+20 MHz跳变后用±5 MHz粗调恢复。CH1仍接RF差分探头，不与参考腔信号复用同一端口。波长计为稳频单元内置独立监测通道，采用有限分辨率及采样保持。CSV保留时间、有效通道标记和频偏，详见FREQUENCY_LOCK.md。 旧浏览器布局保留且明确提示版本差异。应先导出旧报告，再用“载入参考配置”查看双波长合束与滤片，或从设备架自行补装；不会静默挪动原有设备。