基于微型控制器的原子光刻系统自动化控制研究

原子光刻系统的设备庞大而复杂,在实验过程中温度及稳频光等参数都需要监视和控制。针对目前多采用人员值守的方式对设备进行操控导致实验效率低下的现状,介绍了原子沉积原理和原子沉积实验装置的构造及主要功能,提出了原子沉积实验装置中温度控制方案和稳频光的差分信号数据采集方案。通过完成对温度信号和稳频光信号等实验数据的自动采集与记录,实现了原子光刻系统的温控系统自动化和激光稳频系统的远程控制。该方案不仅提高了实验效率,而且对USB开发人员和自动化研究人员也具备一定的参考价值。     

原子光刻及关键技术分析

文章对原子光刻进行了深入的分析,介绍了其基本概念、工作机理、相关实验方案,针对原子光刻的原子捕获、激光稳频、原子束聚焦和沉积等关键技术,进行了分析和探讨。     

原子光刻制备铬原子纳米条纹的实验研究

原子光刻技术可以制备高重复性的铬原子纳米条纹光栅,这种光栅可以作为纳米节距标准,实现对高精度的扫描探针式显微镜、电子显微镜等高端仪器的校准。高真空腔体中的固态铬原子受高温喷发出气态原子束,运动的原子束在冷却激光场和激光驻波场的分别作用下,实现原子束的准直与汇聚,沉积在位于激光驻波场后面的InP基片上。经过3h的堆积,得到间距为212.78nm,高度为9nm 的铬原子纳米条纹光栅。针对条纹生长速率较慢的问题,分析了具体原因,为后续工作提供参考。     

驻波透镜聚焦原子束制作纳米图形研究

介绍了将激光驻波聚焦原子束技术用于制作纳米级图形的基本原理和实验系统设计.研究了驻波透镜对原子束的聚焦特性及像差,数值结果显示原子束在置于焦平面处的基底上所沉积的条纹半高宽为10 nm左右,可以实现纳米级超微细图形的制作.同时给出了实验装置及初步实验结果.     

驻波透镜聚焦原子束制作纳米图形研究

介绍了将激光驻波聚焦原子束技术用于制作纳米级图形的基本原理和实验系统设计。研究了驻波透镜对原子束的聚焦特性及像差 ,数值结果显示原子束在置于焦平面处的基底上所沉积的条纹半高宽为 10nm左右 ,可以实现纳米级超微细图形的制作。同时给出了实验装置及初步实验结果     

驻波透镜聚焦原子束制作纳米图形研究

介绍了将激光驻波聚焦原子束技术用于制作纳米级图形的基本原理和实验系统设计。研究了驻波透镜对原子束的聚焦特性及像差，数值结果显示原子束在置于焦平面处的基底上所沉积的条纹半高宽为10nm左右，可以实现纳米级超微细图形的制作。同时给出了实验装置及初步实验。     

一种可制作任意纳米图形的新技术

提出一种可制作纳米量级任意微细结构图形的新方法。该方法利用特别设计制作的原子束计算全息片来操纵原子运动,在基底堆积形成纳米图形;弥补了原子光刻技术中利用激光驻波场控制原子堆积只能制作单一量子点、线等周期性图形的不足。扼要介绍了原子束全息的基本原理,给出该项技术的实现方案,并进行了模拟研究。结果显示:当原子波长为12nm时,得到了占空比1∶1的50nm线条、60nm方孔以及1郾2μm×1郾2μm大小的汉字图像,表明该技术不仅可以制作点、线等规则图形以及像拐角线这样的周期性图形,还可以制作不规则的非周期性的任意图形,特征线宽均能达几十纳米。     

~(52)Cr原子束激光生荧光稳频技术

通过分析52Cr原子光刻对激光系统的技术要求,详细介绍了一种基于原子束激光感生荧光(LIF)光 谱技术的稳频方法。     

52Cr原子束激光生荧光稳频技术

通过分析^52Cr原子光刻对激光系统的技术要求，详细介绍了一种基于原子束激光感生荧光（LIF）光谱技术的稳频方法。     

增强腔在大失谐原子光刻中的应用

对增强腔在大失谐光场原子光刻中的实现进行了详细的讨论 ,通过增强腔对激光光束的压缩和功率的增强可达到近共振原子光刻的要求。数值结果显示相对于近共振原子刻印结果 ,在增强腔下光束中心处沉积的原子条纹宽度将更细 ,为原子刻印提供了一种实现条纹精细度较高的新型方案。     

用于研制纳米长度标准的激光准直原子技术研究

亚百纳米长度计量标准是实现在纳米尺度精确计量的关键器件。我们课题组已利用原子光刻技术研制出了周期为2130.1nm 的光栅，该光栅的周期对应于原子的跃迁频率，具有直接溯源性和高的精确度。理论与实验数据表明原子的横向准直效果是影响光栅对比度的主要因素。因此，文中将介绍几种原子准直技术的优化与估算方法。利用刀口技术分析了激光多普勒准直原子技术的效果。利用CCD 收集的荧光分析原子的发散角与横向温度，并考虑与分析了吸收率对测量结果的影响。原子的发散角为0.544 mrad，对应的横向温度为343.8 K。文中还分析了各种实验参数对准直效果的影响。     

发散角对中性原子沉积特性的影响

利用激光驻波场操纵中性原子沉积纳米光栅结构是一种新颖的制备纳米计量标准技术,但采用传统的一维和二维方式对激光驻波场操纵中性原子沉积过程的分析缺乏纳米光栅的全貌信息,而采用三维分析方法则能给出纳米光栅的三维全貌信息,对结果的分析越精确。针对此,基于采用三维分析方法建立了激光驻波场与中性原子作用的模型,通过三维分析实现了不同原子束发散角条件下中性原子运动轨迹及沉积结果的三维仿真,结果显示当中性原子束发散角小于0.6 mrad时,所获得的纳米光栅的沉积质量较好,而超过0.6 mrad后所沉积的纳米光栅将会出现分裂现象。     

原子干涉仪中激光频率和光强控制系统的设计

为了对铯原子外态干涉仪的激光束精密控制,设计了一套适用于多种需求的激光频率和光强控制系统。该系统基于声光调制器,并集成了激光移频、光强稳定和光强调制等功能。首先,根据原子干涉仪的原理,提出对激光的要求和指标。接着,按照提出的要求设计了集成锁相频率合成器等硬件电路系统和LabVIEW软件控制系统。最后,对所开发的系统进行了实验测试。实验结果表明:系统的移频范围可控制在100~200MHz;光强稳定性好,采用稳光系统后输出光强的波动减小为2%。设计的这套系统功能齐全,可靠有效,实现预期目标,满足原子干涉仪对光学系统的要求。另外此系统还可以应用到其他需要系统中,比如原子钟、原子干涉重力梯度仪等。     

激光准直铬原子束三维仿真分析

为了获得高准直度的中性铬原子束,设计了一个由三组激光束组成的激光准直场对高温铬原子束进行准直。应用蒙特卡罗随机方法模拟实际状态下原子的初始状态,更好地体现了实际状态中原子运动的不确定性以及原子同位素对实验的影响。以原子在激光准直场中的受力情况为依据,定量分析了实际状态中性铬原子束在激光准直场作用下的运动特性,及其在三维空间的运动轨迹和原子落点状态的三维分布。研究显示,经准直后铬原子束在 x 方向最大发散角减小至1．5 mrad,y 方向最大发散角减小至1．6 mrad,且原子通量提高至准直前的两倍。研究结果不仅为实验提供了更详尽的数据资料,更为后续制作更精确的纳米光栅和纳米点提供了更理想的冷原子束。     

原子纳米光刻中双层光学掩膜的实现方法研究

利用原子光刻的方法制备纳米结构的光栅已经成为了一种较为成熟的工艺。通过原子与激光驻波场的相互作用,利用原子自生在势能场中的偶极力对原子的密度进行调制,从而得到所需要的光栅结构。利用此种工艺所制备的光栅相对于传统工艺来说具有精度高,光栅常数直接溯源于原子能级。希望能够通过对激光的改良来提升原子沉积结果。通过双层驻波场来提高原子沉积质量已经被多次提到。实验中利用几何光学的方法实现了所需要的新型激光驻波场。并对其汇聚,相干等特性进行了研究,取得了较为满意的结果。为利用双层驻波场来沉积原子打下了基础。     

铬原子束的激光多普勒冷却准直检测实验研究

本文采用基于激光感生荧光（LIF）的位移探测系统检测了铬原子束中轴向定量百分比原子数的冷却准直发散角,评价了激光的多普勒冷却准直效果。实验结果得到当冷却激光功率为45mW,作用长度为24mm,失谐量为-0.5Γ的情况下,铬原子束中轴向定量50%原子数的发散角由冷却准直前的1.07±0.10mrad减小到冷却准直后的0.46±0.10mrad,并且其准直发散角随着冷却激光功率的增加而减小。文章最后用半经典理论数值模拟计算了实验结果并与之作了比较。     

1维光学粘胶作用下铬原子束空间分布特性

为了研究激光准直场作用下原子束的空间分布状态对纳米光栅沉积制作的影响,基于半经典理论,分析了1维光学粘胶对中性铬原子的作用力特性,利用4阶龙格-库塔数值积分算法对不同激光场强度、不同激光失谐量、不同激光场范围条件下中性铬原子束的空间分布进行了仿真分析。由仿真结果可知,随着激光场强度的增加,原子束的分布向中心区域集中,由于受饱和效应的影响,该种集中的趋势随激光强度的增加而逐渐变缓;同时,当激光失谐量等于原子线宽的一半时,原子束的空间分布最窄。当激光功率为40mW、且失谐量为-2.5MHz时,铬原子束经过1维光学粘胶作用后其空间分布的半峰全宽被压缩为作用前的0.43倍,而原子束密度分布中心值也增大为作用前的1.79倍。结果表明,利用激光准直场的作用可实现原子束空间分布的改善,有利于后续的原子沉积以实现纳米光栅的制作。     

纳米压印制作半导体激光器的分布反馈光栅

分布反馈(DFB)光栅的制作是半导体激光器芯片的关键工艺,通过纳米压印技术在InP基片表面涂覆的光刻胶上压印出DFB光栅图形,并分别通过湿法腐蚀和干法刻蚀技术将光栅图形转移到InP基片上。所制作的DFB光栅周期为240nm(对应于1 550nm波长的DFB激光器),光栅中间具有λ/4相移结构。采用纳米压印技术制作的DFB光栅相对于通常双光束干涉法制作的光栅具有更好的均匀性以及更低的线条粗糙度,而且解决了双光束干涉法无法制作非均匀光栅的技术难题。相对于电子束直写光刻法,采用纳米压印技术制作DFB光栅具有快速与低成本的优势。采用纳米压印技术在InP基片上成功制作具有相移结构的DFB光栅,为进一步进行低成本高性能的半导体激光器芯片的制作奠定了良好基础。