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。     

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。     

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。     

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。     

激光多普勒冷却场中中性钠原子的耗散力特性

分析了激光多普勒冷却场作用下中性钠原子的受力特性,基于光学布洛赫方程和密度矩阵探讨了中性钠原子的耗散力,得到了不同激光多普勒冷却场参数条件下耗散力的特征.仿真结果表明侧面冷却可以由激光多普勒冷却场来实现.这为沉积原子光刻技术打下了理论基础.     

量子方法研究原子激光冷却

我们应用含保守系统和非保守系统的薛定谔方程研究激光冷却机制,用该理论可以证明原子在激光场中被冷却。同时,还预言了原子冷却温度T与原子振动频率ω成正比,该结论与最近的实验结果完全一致。     

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。     

3孔预准直后铬原子束横向位置分布仿真

为了研究52Cr原子以外其它同位素对铬原子束横向位置分布的影响,采用蒙特卡罗方法对3孔预准直狭缝条件下的1维激光冷却进行了理论分析。由分析可知,在区分52Cr原子和其它同位素条件下,原子束横向位置分布的基底会有所增加,每一部分原子束的特征值也有明显的变化,中心部分原子束中心最大值有9.5%的降低,半峰全宽有2.9%的增加;两侧每一部分原子束的中心最大值有25%的增加,半峰全宽略有增宽。结果表明,其它同位素的区分与否对中心部分原子束的中心最大值和半峰全宽影响很小。     

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。     

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。     

脉冲Nd:YAG激光熔凝处理5Cr4Mo3SiMnVAl模具钢的组织特征

对回火态5Cr4Mo3SiMnVAl(012Al)冷作模具钢脉冲NdYAG激光熔凝处理后的熔凝区、相变硬化区及回火区的组织进行了研究.激光熔凝处理后得到六层不同的组织.对这六层组织进行了SEM观察.在用一维解析模型计算出脉冲NdYAG激光熔凝处理的温度场、温度梯度场和冷却速率场的基础上,结合快速凝固理论和固态相变理论对前五层组织的形成原因进行了讨论.     

基于光栅调制的归一化频谱三维识别

为了解决三维物体识别速度和识别能力问题,提出了一种采用光栅调制基频滤波的归一化频谱相关识别新方法。基于归一化频谱相关模型,对物体平移和旋转后的基频模进行了理论分析和实验论证,得出了物体基频模具有平移不变性的特性。实验论证了该方法的有效性,采用该方法不仅能有效识别三维位物体,而且还能估计物体的旋转角度,精度优于±2°。结果表明,由于该方法只需投影一幅正弦光栅条纹,采集一帧变形条纹图,可以适用于三维物体的动态识别和在线识别。     

激光冲击参数对残余应力场影响的三维数值模拟

数值模拟是预测激光冲击残余应力场、研究激光冲击参数对残余应力场影响的一种有效方法。采用显式动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA对激光冲击处理(LSP)40Cr钢残余应力场进行三维数值模拟;建立了激光冲击处理40Cr钢残余应力场有限元分析(FEA)模型,实现了激光冲击处理40Cr钢残余应力场的数值模拟;模拟研究了激光功率密度、激光脉冲持续时间、激光光斑尺寸对40Cr钢残余应力场的影响。数值模拟结果表明,残余应力模拟值与实测值之间有着较好的一致性;在激光脉冲持续时间一定的条件下,要想获得最大的表面残余压应力,存在一个最佳的激光功率密度;在激光功率密度一定并且脉宽大于45ns的情况下,表面残余压应力随激光脉冲持续时间的增加而减小;在激光功率密度、激光脉冲持续时间一定的条件下,表面残余压应力随光斑直径增大而增大。