离子阱（Ion Trap）通过电场和磁场的协同作用将单个或多个离子囚禁在超高真空环境中，是量子计算、高精度光谱学、原子钟等前沿领域的核心实验平台。离子量子态的相干时间对磁场噪声极其敏感——地磁场（约25–65 μT）及实验室环境中电梯、供电设备等产生的杂散磁场波动，足以导致量子位退相干、钟跃迁谱线展宽，直接劣化量子门保真度与频率标准精度。

我们的离子阱真空腔磁屏蔽内衬专为这一“极致敏感、极致真空”的矛盾场景而设计——采用 “高磁导率坡莫合金多层嵌套” 结构，直接集成于真空腔体内部或外部，为离子囚禁区域构建稳定的超低磁环境，确保离子量子态的长相干时间与高保真度操作。

经实测验证，加装两层坡莫合金磁屏蔽后，离子阱中心磁场的波动可减小到 5 nT 以内，1秒内磁场波动标准差仅为 1.2 nT；采用三层坡莫合金屏蔽的系统中，50 Hz工频噪声沿磁场轴向可衰减 120 dB；囚禁汞离子的钟跃迁谱线宽度可从无屏蔽状态减小至 1.5 Hz，磁屏蔽后离子囚禁区域磁场大小约为 0.1 高斯（10 μT）

• 多层嵌套屏蔽，逐级衰减：采用2–3层坡莫合金（MuMETAL® / 1J85） 嵌套结构。外层屏蔽大幅衰减地磁场及环境杂散场，内层精细衰减残余磁场，层间通过非导磁材料（钛合金螺丝、垫环等）固定以实现磁路隔离。坡莫合金薄板厚度一般为 1 mm 左右。对于低温离子阱实验，还可选用 Cryoperm 10 等低温坡莫合金——其在液氦温度（4.2 K）下的磁导率与室温相当。

• 超高真空兼容：屏蔽内衬专为 超高真空（UHV，<10⁻⁹ Pa） 环境设计，选用低放气率材料并经严格真空烘烤处理，确保不污染离子阱的超高真空腔体。屏蔽结构与真空腔体之间预留液氮夹层空间，支持低温离子阱实验的冷却需求。

• 经实测验证的屏蔽效能：两层坡莫合金屏蔽可将外部磁噪声在 50 Hz–100 kHz 频段内降低 20–30 dB；三层屏蔽的屏蔽因子与磁导率的三次方成正比（SF ∝ μr³）。在低温系统中，屏蔽内衬可将50 Hz噪声沿磁场轴向 衰减120 dB。

• 可维修性与开孔设计：针对真空管道穿行、线束引出、光学窗口等实际需求，屏蔽结构在上下端盖预留真空管道穿行孔及维修口，同时采用外翻沿结构和多层半圆板拼接设计来减小开孔对屏蔽效能的影响。

• 磁场均匀性优化：通过增加屏蔽筒轴向高度扩大均匀磁场范围，并配合亥姆霍兹线圈提供稳定的C场，进一步改善离子囚禁区域的磁场均匀性

离子阱磁屏蔽内衬的性能核心体现在“四重保障”：

极低的残余磁场与波动：加装两层坡莫合金屏蔽后，离子阱中心磁场波动<5 nT，1秒内标准差1.2 nT；磁屏蔽后离子囚禁区域磁场约0.1高斯（10 μT） 。

极高的屏蔽衰减：两层屏蔽在50 Hz–100 kHz频段衰减20–30 dB；三层屏蔽50 Hz噪声沿轴向衰减120 dB。

显著提升的谱线分辨率：囚禁汞离子钟跃迁谱线宽度从无屏蔽状态减小至1.5 Hz，频率偏移减小13.5 Hz。

优异的磁场均匀性：结合亥姆霍兹线圈与鞍形线圈，在离子囚禁区域实现高度均匀的磁场；上端盖对称双通孔设计下，核心区域磁场起伏<0.01 nT