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。     

铬原子束1维多普勒激光准直分析

为了研究预准直后铬原子束1维多普勒激光准直效果随着激光功率、激光失谐量和作用区域等各种参量变化的情况,采用适当步长的4阶 Runge-Kutta 算法进行了理论分析,得到了铬原子束1维多普勒激光准直效果与各种激光参量之间的变化关系。结果表明,铬原子束经过离坩埚口600mm、横向尺寸为5mm 狭缝预准直后,在激光功率为20mW、激光失谐量为-0.5Γ(Γ为铬原子的自然线宽)、作用区域为2倍最小作用区域的情况下,可以获得最好的激光准直效果。     

激光驻波场中铬原子的三维沉积特性分析

利用近共振激光驻波场操纵中性原子实现纳米级条纹沉积是一种新型的研制纳米结构长度标准传递方法,但仅通过一维和二维形式的仿真不能给出激光驻波场作用下中性原子沉积纳米光栅的全部信息。利用半经典模型,从铬原子在高斯激光驻波场中的运动方程出发,通过四阶Rungo-Kutta法模拟了铬原子在高斯激光驻波场中的三维运动轨迹以及三维沉积条纹结构,并分析了原子束发散、色差和球差等因素对三维运动轨迹及沉积条纹结构的影响。结果表明,利用三维仿真形式模拟高斯激光驻波场中铬原子的运动得到的结果与一维和二维形式下相比可以直观地表现出其较为详细的本质。     

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。     

铬原子束1维多普勒激光准直分析

为了研究预准直后铬原子束1维多普勒激光准直效果随着激光功率、激光失谐量和作用区域等各种参量变化的情况,采用适当步长的4阶Runge-Kutta算法进行了理论分析,得到了铬原子束1维多普勒激光准直效果与各种激光参量之间的变化关系.结果表明,铬原子束经过离坩埚口600mm、横向尺寸为5mm狭缝预准直后,在激光功率为20mW、激光失谐量为-0.5?梦踉拥淖匀幌呖?、作用区域为2倍最小作用区域的情况下,可以获得最好的激光准直效果.     

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。     

Cr原子在高斯型激光驻波场中汇聚沉积的仿真研究

在激光汇聚原子束沉积纳米光栅的研究中,半经典理论是一种简单而有效的方法。利用半经典理论模型,对Cr原子在高斯型激光驻波场中的汇聚沉积进行了模拟分析和研究。通过龙格－库塔法数值模拟出在不同失谐量Δ、激光功率P、Cr原子束的横向纵向速度、基片摆放位置zf和高斯光束束腰ω0条件下,Cr原子沉积光栅结构的变化,根据所得各光栅图形参数,分析了不同因素对Cr原子沉积的影响。     

基于激光冷却技术的中性锶原子特性研究

为了研究碱土金属类的中性锶原子在多普勒冷却激光场中的冷却特性,从Heisenberg方程出发,采用激光冷却理论分析得到锶原子在能级跃迁（5s2）1S₀~（5s5p）1P₁ 1维驻波激光光场和3维磁光阱中冷却效果与激光强度、失谐量等冷却激光场参量的关系。结果表明,当锶原子处在1维驻波激光光场中且在弱激光光场、频率小失谐条件下,锶原子所受耗散力与这两个参量呈线性关系,但当两个参量增长至一定程度时耗散力呈现饱和现象;当锶原子在3维磁光阱中且当阱中激光光场的频率失谐为-16MHz时,碱土金属锶原子有最低冷却温度,约为0.76mK。对多普勒冷却光场中性锶原子特性的分析为其它碱土金属类原子的冷却研究提供了一定的理论指导。     

激光冷却铬原子的3维仿真分析

为了研究铬原子在激光冷却场中的3维表现形式,分析和探讨了铬原子与激光冷却场的相互作用过程,并基于半经典理论的多普勒力和偏振梯度冷却力的3维特性,采用4阶龙格-库塔算法模拟铬原子的3维运动轨迹,同时得到了铬原子的3维落点分布状态,当铬原子束经过激光冷却场后,其发散角变小,速率降低。结果表明,铬原子3维仿真结果与2维情况下的铬原子分布相吻合,并且能提供更全面和丰富的冷却信息。     

激光驻波透镜聚焦原子束制作超微细图形研究

介绍将原子束激光准直技术和驻波聚焦沉积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，数值结果显示在原子束高度准直的情况下，原子束在置于焦平面处的基底上所沉积的条纹半高宽为l0nm左右，可以实现纳米级超微细图形的制作。     

直边衍射对铬原子3维沉积特性的影响

为了研究基片的直边衍射效应对激光汇聚铬原子沉积特性的影响,利用半经典模型,采用改进后的设定恰当步长的4阶龙格-库塔算法,模拟了铬原子在直边衍射激光驻波场中的3维运动轨迹和3维沉积光栅结构,研究了衍射边与反射镜的距离、激光中轴线与基片表面的距离对激光汇聚原子沉积过程的影响。结果表明,基片摆放位置不同,沉积效果受到衍射效应的影响程度也随之改变;当衍射边到反射镜的距离为0.81cm、激光中轴线与基片表面的距离为0.01mm时,纳米光栅的半峰全宽最小,同时对比度最大。该研究成果为原子光刻实验提供了丰富的理论指导。     

52Cr原子光刻制作纳米结构研究

纳米结构制作技术中,原子光刻具有独特的优势.为了能够达到纳米制作的要求,并得到所需的沉积条纹,设计了一套实验装置,并分别对原子光刻技术中的原子源、激光系统、稳频系统、原子准直系统和沉积结果进行具体的分析.根据所设计的实验装置,采用分步实验的方式,对各子系统进行了相关数据的采集和测试.其中,稳频精度达到了0.26 MHz精度,铬原子发散角经激光冷却系统由4.5 mrad降低到了0.9 mrad,最后沉积的纳米条纹间距为234 nm条纹高度约为0.276 nm.     

直边衍射激光驻波场中铬原子的沉积特性研究

为了研究沉积基片对激光驻波场的影响,基于半经典理论,采用4阶龙格-库塔算法对直边衍射效应影响下铬原子的3维运动轨迹和3维沉积条纹结构进行了仿真。研究了激光束腰中心到反射镜的距离、高斯激光束腰半径对最终沉积过程的影响。结果表明,通过适当地调节实验参量,可以改变激光驻波场受到衍射效应的程度;当反射镜位于激光束腰截面处、高斯激光束腰半径为62.5μm时,纳米沉积条纹的质量最理想。这将为原子光刻实验提供有益的理论依据和数据信息。