激光驻波场中Cr原子运动轨迹与汇聚沉积的分析

利用半经典模型，从铬原子在激光驻波场中的运动方程出发，通过数值解方法模拟了铬原子在驻波场中的运动轨迹，并分析了原子的纵向速度分布和准直程度及球差对沉积条纹结构的影响，同时也讨论了基片摆放位置对沉积条纹结构的影响，并通过实验得到了纳米光栅条纹结构. 关键词： 激光驻波场 原子沉积 运动轨迹 沉积分布     

原子运动速度对激光驻波场作用下纳米光栅沉积特性的影响

利用近共振激光驻波场操纵中性原子实现纳米光栅的沉积是一种新型的研制纳米结构方法,处于激光驻波场中的原子运动速度特性对最终纳米光栅的沉积特性有着重要的影响.利用半经典理论,基于4阶Runge-Kutta算法进行了不同铬原子纵向和横向运动速度条件下纳米光栅结构沉积的仿真研究.研究表明,铬原子纵向速度为最大概率速度960 m/s时,所形成的纳米光栅的半高宽为1.49 nm,对比度为62.1 ∶1,当铬原子的纵向速度为半最大概率速度480 m/s时,纳米光栅的半高宽为5.35 nm,对比度下降为25.6 ∶1.同 关键词： 原子光刻 纳米计量 激光驻波场 纳米光栅结构     

直边衍射驻波场中铬原子三维沉积特性分析EI北大核心CSCD

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。在会聚原子过程中,由于沉积基片的存在,激光驻波场内会产生直边衍射现象,从而影响原子的运动轨迹及沉积光栅。建立了直边衍射扰动下激光驻波场模型,通过四阶龙格-库塔法,对铬原子的三维运动轨迹及沉积效果进行仿真。考虑到激光功率与失谐量的影响,从半峰全宽(FWHM)和对比度入手,对铬原子运动轨迹及沉积条纹特性进行分析。结果表明,当激光功率为3.93mW,失谐量为200 MHz时,原子沉积光栅的FWHM为6.043nm,对比度为0.863,原子沉积光栅的质量最佳。与经典模型相比,该模型考虑了驻波场中直边衍射的影响,所得模拟结果更接近实际,对实验有理论指导意义。     

直边衍射驻波场中铬原子三维沉积特性分析

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。在会聚原子过程中,由于沉积基片的存在,激光驻波场内会产生直边衍射现象,从而影响原子的运动轨迹及沉积光栅。建立了直边衍射扰动下激光驻波场模型,通过四阶龙格-库塔法,对铬原子的三维运动轨迹及沉积效果进行仿真。考虑到激光功率与失谐量的影响,从半峰全宽(FWHM)和对比度入手,对铬原子运动轨迹及沉积条纹特性进行分析。结果表明,当激光功率为3.93mW,失谐量为200 MHz时,原子沉积光栅的FWHM为6.043nm,对比度为0.863,原子沉积光栅的质量最佳。与经典模型相比,该模型考虑了驻波场中直边衍射的影响,所得模拟结果更接近实际,对实验有理论指导意义。     

偏斜椭圆激光驻波场作用下中性原子沉积纳米光栅结构特性分析

分析了椭圆激光驻波场的偏斜对中性原子运动过程和沉积过程的影响,对不同偏斜角度椭圆激光驻波场作用下中性铬原子沉积纳米光栅结构的特性进行了仿真研究,由仿真结果可以看出,随着偏斜椭圆形激光束偏斜角的增加,对应于不同y平面,激光驻波场汇聚中性原子所形成纳米光栅条纹的对比度不断减小、半高宽不断增大.当椭圆长短轴之比为2:1条件下,椭圆激光驻波场的偏斜角为0°时,纳米光栅的条纹半高宽为3.2 nm,条纹对比度为36:1,而当偏斜角为15°时,激光驻波场中心位置处的沉积条纹的半高宽为6.5 nm,条纹对比度为24:1,而当椭圆激光驻波场偏斜角度达到30°时,沉积条纹的单峰结构将会产生分裂,形成了双峰结构,且随着偏斜角的增加,沉积条纹的分裂越严重,纳米光栅的沉积质量越差.对于其他长短轴比例条件下的激光场亦可根据比例关系获得相应的纳米光栅沉积特性. 关键词： 原子光刻 偏斜椭圆激光驻波场 纳米光栅     

激光驻波场形成Cr原子沉积纳米光栅的初步实验研究

利用激光驻波场会聚原子沉积纳米结构的技术可以用来研制纳米结构长度传递标准.当激光驻波场的频率大于原子的共振频率时，原子由于受到偶极力的作用将被会聚到驻波的波节处.采用了一种新的技术方案减小了实验对大的激光功率的要求.利用激光驻波场会聚准直性较好的Cr原子，并使其沉积在硅基片上形成纳米光栅结构.经原子力显微镜测试表明纳米光栅的周期为215 nm. 关键词： 激光偶极力 纳米计量 原子沉积 蓝失谐     

沟道效应作用下中性原子在激光驻波场中的沉积特性研究

基于半经典理论,建立了中性原子与激光驻波场相互作用的模型,分析了中性原子在激光驻波场沟道效应作用下运动轨迹及沉积特性,探讨了球差、色差和原子束发散角对沉积条纹的影响. 得到了上述三种影响因素下纳米光栅的半高宽分别为0.532,12.16,96.70 nm. 仿真结果表明,随着原子束发散角度的增加,沉积条纹的对比度将会下降,当原子束发散角分别为0.1 mard时,其对比度为85.2：1,发散角为0.3 mrad时,条纹对比度为5.33：1,而当发散角增加至0.5 mrad以上时,沉积条纹将会出现分裂现象,导致条纹的恶化. 关键词： 激光驻波场 纳米光栅 沟道效应     

激光汇聚Cr原子沉积的原子光学特性研究

利用激光汇聚原子沉积技术,实验上获得了一维Cr层光栅结构.经原子力显微镜测试,其周期常数为（212.8±0.2） nm,约等于激光驻波场波长的一半.根据半经典理论模型,采用Adams-Bashforth-Moulton算法进行数值求解,模拟了同等实验参数条件下的Cr原子运动轨迹,并对其原子光学特性进行分析.结果表明,模拟分析与实验结果符合得较好. 关键词： 原子光学 激光汇聚原子沉积 原子光学特性     

激光会聚铬原子光栅三维特性分析

采用近共振激光驻波场会聚铬原子沉积技术制作的原子光栅可以作为纳米级长度计量标准.基于粒子光学模型,综合考虑横向发散角、纵向速度分布以及同位素等影响因素,采用蒙特-卡罗方法确定原子运动的初始条件,对激光驻波会聚原子的三维特性进行了研究.获得了不同激光功率下沉积条纹的三维结构,分析了纵向高斯激光分布和椭圆高斯激光截面对沉积...     

椭圆型激光驻波场作用下Cr原子的汇聚特性研究

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技术是一种新型的研制纳米结构长度标准传递的方法.分析了Cr原子在椭圆型激光驻波场作用下的沉积特性,分别对不同椭圆激光驻波场功率下Cr原子的沉积条纹及不同y平面上沉积条纹特性进行了模拟和分析.同时针对椭圆激光驻波场作用下Cr原子发散角对沉积条纹特性的影响进行了模拟计算,比较了不同发散角条件下沉积条纹的对比度和半高宽. 关键词： 原子光刻 椭圆激光驻波场 Cr原子     

Quantum simulation for peak broadening in atom lithography

A grating structure with period of half of the laser wavelength generated by focusing Cr atoms with nearly resonant laser standing wave atom lens was simulated using a quantum-mechanical model.     

量子模型分析激光驻波原子透镜的像差

采用量子模型对近共振激光驻波原子透镜会聚Cr原子束、形成纳米量级光栅结构的物理过程进行数值模拟。为提高原子透镜的成像质量,对各种像差,如衍射像差、球差、色差、及原子束发散角、原子磁支能级、原子同位素等因素引起的像差进行了理论分析。模拟结果表明,相比粒子光学模型,量子模型能更加精确地描述原子会聚结果,且能解释原子在驻波光场中的衍射现象。在各种像差中,原子束发散角是最主要的因素,其影响大于衍射像差、球差、色差。原子的磁支能级、同位素等因素对像差影响很小,可以忽略不计。激光冷却准直原子束的方法可以减小束发散角引起的像差,压缩原子速度Vz分布范围的方法可以减小色差。     

Atom lithography with ytterbium beam

We successfully produced periodic ytterbium (Yb) narrow lines on a substrate using near-resonant laser light and the direct-write atom-lithography technique. The Yb atom is a promising material for nanofabrication using atom optics due to its electrical conductivity, the laser wavelength required for handling the atoms, the vapor pressure of the fabrication process, etc. The ¹⁷⁴Yb atoms collimated by Doppler cooling were channeled by the dipole force of an optical standing wave and then deposited onto a substrate. We clearly observed a grating pattern of Yb atoms fabricated on the substrate with a line separation of approximately 200 nm after examining the surface of the substrate with atomic force microscope. This is the first demonstration of nanofabrication using the atom-optical approach with Yb atoms. PACS 32.80.-t; 32.80.-Pj     

Photon recoil momentum in dispersive media

A systematic shift of the photon recoil momentum due to the index of refraction of a dilute gas of atoms has been observed. The recoil frequency was determined with a two-pulse light grating interferometer using near-resonant laser light. The results show that the recoil momentum of atoms caused by the absorption of a photon is n variant Planck's k, where n is the index of refraction of the gas and k is the vacuum wave vector of the photon. This systematic effect must be accounted for in high-precision atom interferometry with light gratings.     

用液晶空间光调制器产生光阱阵列

液晶空间光调制器能够方便地用于制作各种衍射型光学元件, 但液晶空间光调制器存在分辨率有限的缺点, 本文提出了用液晶空间光调制器制作相位型光栅, 产生一维和二维光阱阵列的新方案, 用迭代傅里叶级数算法优化设计光栅的相位分布, 在不改变空间光调制器硬件参数设置的情况下, 充分利用和发掘了空间光调制器的优点, 同时又能较好地回避其所存在的缺陷. 根据现有的空间光调制器的技术参数, 模拟仿真设计光栅, 计算光强分布, 结果表明: 用大失谐、小功率激光照明, 能够产生具有很高峰值光强和光强梯度的光阱阵列, 囚禁冷原子的光学偶极势达到mK量级, 对原子的作用力远大于原子的重力.     

原子间相互作用对双模原子激光压缩性质的影响

研究了由单模压缩相干态光场与Ξ型三能级原子玻色爱因斯坦凝聚体(BEC)相互作用系统中耦合输出的双模原子激光的压缩特性,重点讨论了玻色爱因斯坦凝聚体原子间相互作用对原子激光压缩性质的影响,并讨论了原子激光压缩对光场初始压缩因子的依赖关系。结果表明:由光场诱导的双模原子激光呈现周期性的压缩,原子间的相互作用和光场初始压缩因子对原子的压缩性质具有重要影响。原子间的相互作用影响原子激光压缩的振荡频率而不会影响其压缩深度,而初始光场的压缩因子则对原子激光压缩深度产生调制作用,且初始光场的压缩因子越大,则原子激光压缩的时间越短。     

Correlations and counting statistics of an atom laser

We demonstrate time-resolved counting of single atoms extracted from a weakly interacting Bose-Einstein condensate of 87Rb atoms. The atoms are detected with a high-finesse optical cavity and single atom transits are identified. An atom laser beam is formed by continuously output coupling atoms from the Bose-Einstein condensate. We investigate the full counting statistics of this beam and measure its second order correlation function g((2))(tau) in a Hanbury Brown-Twiss type experiment. For the monoenergetic atom laser we observe a constant correlation function g((2))(tau)=1.00 +/- 0.01 and an atom number distribution close to a Poissonian statistics. A pseudothermal atomic beam shows a bunching behavior and a Bose distributed counting statistics.     

Uniform self-organized grating fabricated by single femtosecond laser on dense flint (ZF6) glass

Uniform self-organized grating is fabricated by scanning of a single femtosecond laser on ZF6 glass. The scanning electron microscope and atom force microscope results show that the period and tooth length of the uniform coarse grating are ∼750 nm and ∼20 μm, respectively. The period of the grating is independent of pulse number, neighboring dots intervals, and laser powers, whereas the uniformity of the grating is largely determined by the above three factors.     

虚光场效应对原子激光压缩性质的影响

在压缩真空态光场和二能级原子玻色-爱因斯坦凝聚体相互作用系统中, 应用全量子理论, 分别在旋波近似和非旋波近似下, 研究了原子激光的压缩特性以及原子本征频率、光场-原子的耦合系数、光场初始压缩因子以及虚光场对原子激光压缩特性的影响. 研究表明,原子激光的两个正交分量均可被周期性压缩,原子的本征频率决定了原子激光两个正交分量涨落的量子Rabi频率,光场与原子的耦合系数决定了原子激光正交分量涨落的崩塌-回复振荡频率,当光场初始压缩因子增大和考虑虚光场效应时,原子激光正交分量的压缩深度均加深. 关键词： 玻色-爱因斯坦凝聚 压缩真空态 原子激光 虚光场效应