基片位置对激光会聚铬原子沉积的影响

为了研究基片位置对激光会聚铬原子沉积的影响,基于原子的粒子运动,采用数值计算对基片切割会聚激光场不同部位时高斯激光驻波场光学势阱、原子运动轨迹和沉积条纹进行了仿真。研究结果充分显示了基片位置对上述三方面的影响。虽然基片会对激光产生衍射,但是无论衍射存在与否,沉积条纹半峰全宽的最小值和中心峰值的最大值都出现在基片表面和激光中轴线重合的位置。此时,衍射将使条纹中心峰值降为非衍射时的0.96倍,同时,半峰全宽增加至非衍射时的1.03倍。另外,仿真结果显示,不管是否考虑衍射,垂直于激光中轴线方向(y方向)上沉积条纹的中心峰值随y值的增加呈现单调减小的趋势,而条纹半峰全宽随y值的增加呈现单调递增的趋势。     

高斯激光非准直性对激光会聚铬原子沉积的影响

通过数值计算,仿真研究了高斯激光情况下基片表面不同位置处激光会聚铬原子沉积条纹结构的一致性.研究结果显示高斯激光束构成的光学势阱沿激光中轴线和垂直于激光中轴线两个方向相对于准直高斯激光都有独特的分布结构.这种独特的结构导致铬原子运动轨迹相对于波节位置对称性的破坏,进而导致沉积条纹结构发生变化:在沿激光中轴线方向上,x0从0 mm变化到-50 mm过程中,铬原子的运动轨迹最终的聚集区域相对于波节慢慢失去对称性,并且向x0绝对值较小的一边偏离波节位置;铬原子沉积条纹的半峰全宽、中心峰值和中心线相对于波节的偏移量都随x0的变化而趋向线性变化.其中,半峰全宽约有8 nm的增宽,中心峰值约有50个单位的减少量,中心线相对于波节的偏移量约有15 nm的增大量.     

原子光刻中驻波场与基片距离的判定方法研究

原子光刻实验中, 激光驻波场能起到原子透镜的效果, 实现原子汇聚. 激光驻波场与沉积基片间的距离对形成纳米条纹结构的质量具有重要影响. 利用高斯光束传播规律, 提出了一种能够定量判断激光驻波场与沉积基片相对位置的实验方法. 该方法通过调节装载有凸透镜和反射镜的精密位移台改变驻波场距基片的距离, 利用光电探测器接收反射光强的变化, 将位移改变量转变为接收器的电压信号. 利用驻波场激光束光斑直径值, 实现准确定位驻波场与基片的距离. 对上述实验过程进行数值模拟, 数值计算的结果和实验结果高度符合. 该方法实现了准确定位驻波场距基片的距离, 为后续深入研究驻波场和基片间距离对沉积纳米条纹结构质量的影响提供实验基础.     

基于分数薛定谔方程对高斯光束的操控

基于具有谐振势阱的分数薛定谔方程,数值研究了Lévy指数、啁啾参量和势阱深度对啁啾高斯光传输动力学的影响.研究发现,在啁啾参量与势阱深度一定的情况下,随着Lévy指数增大,光束演化周期会减小,偏移中心轴的距离则变大;在Lévy指数与势阱深度一定的情况下,光束演化周期和偏移距离随着啁啾参量增大而增大;无论Lévy指数值与啁啾参量是多少,周期与偏移中心轴的最大距离都和势阱深度成反比.研究结果表明,通过调节Lévy指数、啁啾参量与势阱深度可以有效地控制光传输,为光开关提供了新的设计思路.     

60微弧度激光发射天线模拟设计及测试

为了实现远距离激光能量传输,根据光学相差理论和优化的组合透镜设计,着重研究了影响激光发射天线发射的激光光束随望远光学系统离焦量的变化规律和初步的实验测试.实验中利用三级像差理论消除激光天线系统像差对离焦量控制精度的影响,在不同的距离,实现了远场激光光斑的测量.采用高斯曲线拟合法,消除CCD探测器的饱和影响,提高了远场激...     

非平衡磁控溅射双势阱静电波动及其共振耦合

非平衡磁控靶表面电场和磁场相互正交构成磁阱结构,磁控靶和与之平行的偏压基片之间形成了另一种势阱结构,等离子体静电波动在这两种势阱结构中形成耦合共振.采用Langmuir探针研究等离子体中参数和浮置电位信号的功率谱密度.典型放电条件下两种势阱结构中的本征频率分别约为30—50 kHz和10—20 kHz,两种势阱条件下根据声驻波共振模式计算的电子温度数值与实验结果相符合.     

高斯势垒/阱作用下非局域矢量光孤子 的传输特性

非局域非线性介质中高斯势垒或势阱作用下矢量光孤子的传输特性,由具有高斯型线性势的耦合非局域非线性薛定谔方程描述,通过平方算子法对方程进行数值计算,并利用分步法仿真矢量光孤子的传输.在非局域非线性大块介质中,异相位矢量孤子的分量总是自发地分离,高斯势垒可以抑制分量间的排斥作用;同相位矢量孤子的分量则总是自发地融合,高斯势阱可以抑制分量间的吸引作用.通过定量分析势垒高度(或势阱深度)或宽度与矢量孤子两个分量在归一化传输距离为500处的间距之间的关系,发现如果势垒(或势阱)的高度(或深度)及宽度太大或太小,高斯线性势都不能抑制这一过程,甚至会恶化矢量光孤子的传输.对于异相位孤子,最有效抑制分量分离过程的高斯势垒设置是高度为1.10,宽度为1.00;对于同相位孤子,最有效抑制分量融合过程的高斯势阱应设置是深度为-1.50,宽度为1.00.研究结果可为全光开关、光逻辑门、光计算等光控光技术提供参考.     

一种新空心光束的理论及实验研究

提出了一种用来描述空心光束的新理论模型——空心高斯光束模型，通过控制光束参数可以方便地调制空心光束黑斑的大小.导出了空心高斯光束经傍轴光学系统的解析传输变换公式.利用导出的公式计算分析了空心高斯光束在自由空间的传输特性.在实验上利用矩阵本征值方法设计了能输出空心高斯光束的光学谐振腔，对实验上得到的空心高斯光束进行了传输特性的研究.结果表明，理论和实验相吻合.该空心高斯光束产生的光势阱为控制冷原子提供了一条新途径. 关键词： 空心高斯光束 光学谐振腔 传输特性     

基片衍射对会聚激光驻波场中原子波包几率密度演化的影响

针对激光会聚铬原子沉积实验,运用标量衍射理论,通过数值模拟研究了基片衍射对会聚激光驻波场中原子波包几率密度演化的影响。结果显示基片衍射的影响会随激光中轴线与基片沉积表面距离b0的变化而变化。相对于非衍射情况,衍射效应会提高激光驻波场中会聚平面内原子波包几率密度分布的中心值,同时减小其半峰全宽。当参量b0=－0.2w0(w0为高斯光束的束腰半径)时,原子波包几率密度的会聚平面和基片沉积表面完全重合。此处,衍射时原子波包几率密度分布的中心值为1.26,其半峰全宽为5.62 nm,两者分别为非衍射时的1.1倍和0.94倍。     

光溅射镀膜均匀性的优化模拟

为了改善脉冲激光溅射沉积大面积薄膜的均匀性,发展了基片离轴旋转的扫描技术.根据基片离轴旋转的基本原理和等离子体羽空间余弦分布规律,建立了径向膜厚分布公式.数值模拟了各种因素对基片离轴旋转扫描沉积薄膜均匀性的影响.分析表明,优化粒子束中心与基片中心偏置距离、溅射点与基片的距离是改善基片离轴旋转扫描镀膜均匀性的主要途径.同时也考虑了电机转速、镀膜时间和激光重频的影响.通过参量优化,当均匀度要求在95％时,计算得到薄膜的最大半径超过40 mm.     

激光辐照猫眼光学镜头时的反射特性机理研究

运用矩阵光学理论以及将硬边光阑窗口函数展开为有限个复高斯函数之和的方法, 对激光束辐照猫眼光学镜头时产生的猫眼效应机理进行了理论推导. 通过数值计算对猫眼效应的反射规律进行了分析, 并利用532nm激光辐照一个变焦范围为12—72mm的光学镜头进行了猫眼效应的实验验证, 从而得出了猫眼效应反射光特性与入射激光参数以及猫眼光学镜头的口径、焦距、离焦量等基本参数之间的关系. 研究表明, 猫眼效应反射光特性与猫眼光学镜头参数和入射激光参数密切相关, 且当猫眼光学镜头位于近场和远场的情况有很大不同. 根据入射光束 关键词： 猫眼光学镜头 猫眼效应 高斯光束 反射特性     

Performance analysis of an optical device for cylindrical flow visualizations

The performance of an optical device which allows a laser beam to be converted into a thin cylindrical light sheet is presented; a double conical reflector is associated with a focusing system. The adjustment possibilities of the optical parameters are related according to the Gaussian laser beam theory, sheet diameter and thickness, focusing distance, sheet field depth and power density. An example of the visualization in a Taylor-Couette flow is described.     

Spatial coherence properties and directionality of partially coherent cosh-Gaussian beams

Based on the theory of optical coherence, the spatial coherence properties and directionality of partially coherent cosh-Gaussian (ChG) beams are studied. It is shown that unlike Gaussian Schell-model (GSM) beams, in the strict sense there do not exist partially coherent ChG beams which may produce the same far-field radiant intensity distribution as a fully coherent laser beam. However, under certain conditions it is possible to find partially coherent ChG beams with the same far-field radiant intensity distribution as a fully coherent laser beam.     

CONCEPTUAL DESIGN OF BESSEL BEAM CAVITY FOR FREE-ELECTRON LASER

The conventional cavity for a free-electron laser (FEL) oscillator usually forms an optical beam of Gaussian mode, which undergoes transverse spread along the interaction region. The transverse divergence of an optical beam will induce reduction of the FEL gain from three aspects: degenerating filling factor, causing diffraction loss and limiting the effective interaction distance. Bessel optical beam has been experimentally demonstrated diffraction-free characteristics in its propagation, which provides a possibility of improvement of FEL gain. In this paper, we present a conceptual design of a Bessel beam cavity for the free-electron laser oscillator. This cavity generates nondiffracting optical beam in the wiggler, resulting in improving the filling factor, decreasing the diffraction loss and elongating the effective interaction distance.     

Research on the optical field distribution and micro-fabrication model in convex-surface laser lithography

A system of convex-surface laser lithography with diode laser is established in this paper. Based on this system, a mathematical model of optical field distribution and lithography on the photoresist layer of convex-surface substrate with diode laser is presented. According to the lithography system and model, some numerical simulations are carried out. The simulation result shows that lithographic lines on convex-surface lithography are not symmetric about the optical axis of incident laser beam. Axis of lines at different vector radius on convex-surface substrate will offset from the wavefront normal of incident laser beam. The offset distance depends on the slopes of different equivalent slants. The simulative results of lithographic model agree well with the lithographic experimental data.     

光束在尾流气泡中传输的复散射效应

为了了解光束在尾流气泡中的传输特性,为前向光尾流的探测提供理论依据,研究了光束在尾流中传输时传播方向上和横截面方向上的辐射强度分布特性.基于辐射传输方程的小角度近似解,得到了探测截面上的约化强度和漫射强度的表达式,其中漫射强度表征了复散射的强弱|针对典型的尾流气泡分布,通过数值计算分析了光束传输方向上的约化强度和漫射强度与接收视场角、光学厚度和光束大小的关系,也计算分析了光束横截面方向上的辐射强度随光束大小和横向距离的变化关系.结果表明,光束在尾流气泡中传输时复散射效应明显,且复散射的强弱与接收视场角、光束直径、光学厚度和横向距离密切相关.     

Slant path average intensity of finite optical beam propagating in turbulent atmosphere

The average intensity of finite laser beam propagating through turbulent atmosphere is calculated from the extended Huygens Fresnel principle. Formulas are presented for the slant path average intensity from an arbitrarily truncated Gaussian beam. The new expressions are derived from the modified von Karman spectrum for refractive-index fluctuations, quadratic approximation of the structure function,and Gaussian approximation for the product of Gaussian function and Bessel function. It is shown that the form of average intensity is not a Gaussian function but a polynomial of the power of the binomial function, Gaussian function, and the incomplete gamma function. The results also show that the mean irradiance of a finite optical beam propagating in slant path turbulent atmosphere not only depends on the effective beam radius at the transmitting aperture plane, propagation distance, and long-term lateral coherence length of spherical wave, but also on the radius of emit aperture.     

扩束准直光学系统中光学元件失调对高斯光束传输变换的影响分析

基于广义惠更斯-菲涅尔衍射积分公式, 以高斯光束为激光束模型,推导了激光光束通过失调扩束准直光学系统的传输公式,分析了光学元件失调对扩束准直光学系统输出光束传输特性的影响,并在此基础上进行了仿真。实验结果表明,高斯光束通过失调扩束准直光学系统时,出射光束变为偏心高斯光束,光学元件失调程度越大,输出光束越偏离光轴,光束质量越差。在同样的失调下,长焦距光学元件对输出光束影响更大,因此在激光扩束准直光学系统中,调整长焦距光学元件更为重要。     

Dynamics of self-focusing and self-phase modulation of elliptic Gaussian laser beam in a Kerr-medium

Using a direct variational technique involving elliptic Gaussian laser beam trial function, the combined effect of non-linearity and diffraction on wave propagation of optical beam in a homogeneous bulk Kerr-medium is presented. Particular emphasis is put on the variation of beam width and longitudinal phase delay with the distance of propagation. It is observed that no stationary self-trapping is possible. The regularized phase is also seen to be always negative.