金属杂质辅助低能氩离子束诱导蓝宝石自组织纳米结构

使用实验室自主研发的等离子抛光与刻蚀系统,研究了不同入射能量下不锈钢杂质辅助Ar+离子束刻蚀蓝宝石表面自组织纳米结构的形成机制。采用Taylor Surf CCI2000非接触式表面测量仪和原子力显微镜分别对刻蚀后蓝宝石样品的粗糙度、纳米结构的纵向高度和表面形貌进行了分析。研究表明:引入不锈钢杂质后,当离子束入射角度为65°、束流密度为487μA/cm²、刻蚀时间为60 min、离子束入射能量为1000 eV时,蓝宝石样品表面出现了纵向高度为11.1 nm高度有序的条纹状纳米结构;随着入射能量的增加,表面开始出现岛状纳米结构;当入射能量为1200 eV时,形成了岛状与条纹状相结合的纳米结构,其纵向高度为13.6 nm;入射能量继续增加,蓝宝石表面岛状结构密度变大;当入射能量达1400 eV时,样品表面岛状结构的纵向高度为18.8 nm;入射能量为1600 eV时,样品表面出现较为有序且密集的岛状结构,其纵向高度为20.1 nm。自组织纳米结构先是以“条纹”形状出现,随着入射能量的增加,引入的金属杂质打破了在离子束溅射过程中表面生长机制和表面平滑机制的平衡状态,形成了岛状结构,该结构促进了纳米结构的生长,改变了纳米结构的有序性。     

不同离子束参数刻蚀蓝宝石纳米微结构及其光学性能

使用微波回旋共振离子源,研究Ar+离子束在不同角度、不同入射能量下对蓝宝石表面的刻蚀效果及光学性能。结果表明:所用能量800 eV,1 000 eV及1 200 eV时透过率都有很大的提升,由原来的50％提高到70％~80％,在能量为1 000 eV时增幅最大,能量为1 200 eV时增幅最小;在相同能量、不同角度下刻蚀后蓝宝石粗糙度呈先增大后减小的趋势,而在相同角度、不同能量下粗糙度方面无明显规律。刻蚀后表面形貌测试表明:角度不变,能量为1 000 eV时出现点状纳米结构,能量为1 200 eV时出现柱状纳米结构;能量不变,角度为10、50及80时出现了规律较明显的点状或条状纳米结构,角度为30时表面较为光滑。     

离子束溅射致Si(110)表面形貌随样品温度变化的演化

本文研究了离子能量为1.5keV、束流密度为20?A/cm2正入射Ar+离子束溅射致Si(110)表面形貌随样品温度变化的演化过程。在温度自室温上升至 800?C的过程中, Si(110) 的表面形貌由不规则的纳米点和纳米孔图案变为密集的量子点阵列，同时表面粗糙度也随温度上升不断增加。被通常采用的 Bradley-Harper 模型无法解释上述实验数据。 在考虑溅射过程中存在Ehrlich-Schwoebel 效应后, 进行了已连续动态模型为基础的理论模拟，模拟工作很好的重复了实验结果。     

低能Kr+离子束诱导蓝宝石晶体实验研究

使用微波回旋共振离子源制备蓝宝石(A向)自组织纳米结构,研究不同入射角度下Kr+离子束刻蚀蓝宝石表面形成的自组织纳米结构及其形成过程.采用等离子体与离子束刻蚀设备在不同入射角度下对蓝宝石样品表面进行刻蚀并通过Taylor Surf CCI2000非接触式表面测量仪和原子力显微镜分别对刻蚀后的蓝宝石样品的刻蚀速率及表面形貌进行分析.研究表明:当离子束能量为400eV,加速电压为200V,离子束流密度为310μA/cm2时,小角度入射下,蓝宝石样品表面出现纵向尺度较小的有序点状纳米结构;随着入射角度的增加,样品表面形成条纹状纳米结构,30°时形成短程有序且纵横比为0.87的条纹状结构;入射角度继续增加,纵向高度减小直至纳米结构消失;当角度达到60°附近,蓝宝石表面又出现条纹状结构,70°时形成了短程有序且纵横比为1.07的条纹状结构.自组织纳米结构的形成先以"岛状"形式出现,随后岛上生长出条纹状纳米结构,随着刻蚀时间的增加,岛状条纹结构纵向尺度增大且有序性增强,纳米结构的横向周期不变.     

溅射沉积自诱导混晶界面与Ge量子点的生长研究

在不同的沉积温度下采用离子束溅射技术,在Si基底上生长得到分布密度高、尺寸单模分布的圆顶形Ge量子点.研究发现:随沉积温度的升高Ge量子点的分布密度增大,尺寸减小,当沉积温度升高到750 ℃时,溅射沉积15个单原子层厚的Ge原子层,生长得到高度和底宽分别为14.5和52.7 nm的Ge量子点,其分布密度高达1.68×10¹⁰ cm^-2;Ge量子点的形貌、尺寸和分布密度随沉积温度的演变规律与热平衡状态下气相凝聚的量子点不同,具有稳定形状特征和尺寸分布的Ge量子点是 关键词： Ge量子点 离子束溅射沉积 表面原子行为 混晶界面     

Si表面离子束辅助沉积Ti纳米膜的研究

用离子束技术探讨了Si表面纳米Ti薄膜制备的可行性以及Ti薄膜组织结构与离子束工艺之间的关系。实验进行试样表面预处理、轰击离子能量、离子密度、温度、沉积时间等离子束工艺参数对单晶Si(111)表面沉积的Ti薄膜结构的影响。采用原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)分析了Ti膜表面晶粒形貌，并用X射线衍射仪(XRD)和俄歇电子谱仪(AES)分析了Ti膜的结构和成分。由于残余气体的影响，Ti膜发生了不同程度的氧化，随温度升高和轰击离子强度增加氧化愈加明显。     

气体团簇离子束装置的设计及其在表面平坦化、自组装纳米结构中的应用

根据超声膨胀原理,n(10-10^4)个气体原子可以绝热冷却后凝聚在一起形成团簇,经过离化后,形成带一个电荷量的团簇离子,比如Arn^+.当团簇离子与固体材料相互作用时,由于平均每个原子携带的能量(~eV)较低,仅作用于材料浅表面区域,因此,气体团簇离子束是材料表面改性的优良选择.本文介绍了一台由武汉大学加速器实验室自主研制的气体团簇离子束装置,包括整体构造、工作原理及实验应用.中性团簇束由金属锥形喷嘴(F=65-135μm,q=14°)形成,平均尺寸为3000 atoms/cluster,经离化后,其离子束流达到了50μA.Ar团簇离子因其反应活性较低,本文运用Ar团簇离子(平均尺寸为1000 atoms/cluster)进行了平坦化和自组装纳米结构的研究.单晶硅片经Ar团簇离子束处理后,均方根粗糙度由初始的1.92 nm降低到0.5 nm,同时观察到了束流的清洁效应.利用Ar团簇离子束的倾斜(30°-60°)轰击,在宽大平坦的单晶ZnO基片上形成了纳米波纹,而在ZnO纳米棒表面则形成了有序的纳米台阶,同时,利用二维功率谱密度函数分析了纳米结构在基片上的表面形貌和特征分布,并计算了纳米波纹的尺寸和数量.     

单晶Si表面离子束溅射沉积Co纳米薄膜的研究

采用离子束溅射沉积法，在单晶Si基片上制备了不同厚度(1—100nm)的Co纳米薄膜.利用原子力显微镜、X射线光电子能谱(XPS)仪和X射线衍射仪对不同厚度的Co纳米薄膜进行了分析和研究.结果表明：当薄膜厚度为1—10nm时，沉积颗粒形态随薄膜厚度增加将由二维生长的细长胞状过渡到多个颗粒聚集成的球状.当膜厚大于10nm时，小颗粒球聚集成大颗粒球，颗粒球呈现三维生长状态.表面粗糙度随膜厚的增加呈现先增加后减小的趋势，在膜厚为3nm时出现极值.XPS全程宽扫描和窄扫描显示：薄膜表面的元素成分为Co，化学态分别 关键词： 离子束沉积 纳米薄膜 X射线光电子能谱 X射线衍射     

强流重离子束在轴对称电场中的温度和能量展宽

本文研究带电粒子束在轴对称电场(包含束空间电荷平均场)中的温度和能量展宽,所得结果表明,在漂移区内,此种能量展宽与束电流成正比,与束的宏观流动速度成反比,因此,对于强流重离子束而言,此种能量展宽在总的能量展宽中将起重要的作用,若束能为20keV,束流为20mA,在漂移区中,¹H离子束的能量展宽为26.5eV,而相同条件下的¹²¹Sb离子束则为291.5eV,而且随束流增加线性上升,本文对束温度的研究结果表明,在漂移区中,束空间电荷效应使束温度增加。 关键词：     

二氧化锆薄膜表面粗糙度的研究

采用电子束蒸发工艺,利用泰勒霍普森相关相干表面轮廓粗糙度仪,研究了不同基底粗糙度、不同二氧化锆薄膜厚度以及不同的离子束辅助能量下所沉积的二氧化锆薄膜的表面粗糙度。结果表明：随着基底表面粗糙度的增加,二氧化锆薄膜表面粗糙度呈现出先缓慢增加,当基底的粗糙度大于10nm后呈现快速增加的趋势;随着二氧化锆薄膜厚度的增加,其表面均方根粗糙度（RMS）先减小后增大;随着辅助沉积离子能量的增加,其表面粗糙度呈现出先减小后增加的趋势。     

无衍射光束的产生及其应用

近年来,随着激光技术的快速发展,相继产生了多种在远距离传输后中心光斑保持不变的无衍射光束,包括贝塞尔光束、高阶贝塞尔光束、马丢光束、高阶马丢光束、余弦光束、抛物线光束以及艾里光束.无衍射光束在激光打孔、激光精密准直、光学精密控制、光学微操控、光通信、等离子体导向、光子弹产生、光通信、自聚焦光束的合成以及非线性光学等领域中有着广泛的应用.本文介绍了各类无衍射光束的数学表达式、产生方法及对应的实验结果;就无衍射光束的特性和应用进行了归纳和讨论;并对其在未来的研究与应用前景中发挥的重要作用进行了简要总结与展望.     

固体激光器光束合成特性分析

光束合成是研制高功率、高光束质量固体激光器的必由途径.建立板条介质固体激光器阵列光束合成的理论模型,从子束间距、整体相位差、偏振态、随机像差等方面,分析了合成光束的远场特性.通过数值模拟可以看到,子束间距决定了合成光束远场光斑的衍射旁瓣的大小和多少;子束间整体相位差决定着合成光束远场中心光斑是否分离,并影响着峰值光强和...     

施特恩-格拉赫实验束形分析

对于施特恩-格拉赫实验,实验者通常是根据实验得到的束强分布与束强分布函数的符合程度来评价实验结果的．本文结合一系列专题实验,系统地讨论了束强分布函数的来源、基本形式、适用范围及应用时应注意的一些问题．     

Beam Propagation Factor and Generation of Cosh-squared-Gaussian Beams

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｒｅｃｅｎｔｌｙ ,Ｃａｓｐｅｒｓｏｎ ｅｔａｌ.[1,2 ]ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｓｏ ｃａｌｌｅｄＨｅｒｍｉｔｅ ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ Ｇａｕｓｓｉａｎｂｅａｍｓ (ＨＳＧＢｓ)ａｎｄ ｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｔｈｅｙａｒｅｓｔｉｌｌｓｏｌｕｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｗａｖｅｅｑｕａｔｉｏｎｕｎｄｅｒｔｈｅ ｐａｒａｘｉａｌａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｉｒｃｏｍｐｌｅｘｒａｄｉｕｓｏｆｃｕｒｖａｔｕｒｅａｎｄｍｅａｎｒａｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｂｅｙｔｈｅｗｅｌｌ ｋｎｏｗｎＡ…     

Propagation and Beam Quality of Flattened Hermite-Gauss Beams

ＰｒｏｐａｇａｔｉｏｎａｎｄＢｅａｍＱｕａｌｉｔｙｏｆＦｌａｔｔｅｎｅｄＨｅｒｍｉｔｅ－ＧａｕｓｓＢｅａｍｓ￥ＨＵＡＲｅｎｚｈｏｎｇ；ＱＩＡＮＬｉｅｊｉａ，ＦＡＮＤｉａｎｙｕａｎ；ＤＥＮＣＸｉｍｉｎｇ（ＳｈａｎｇｈａｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃ...     

高阶模高斯光束整形方法研究

研究了高阶模高斯光束的整形方法.在高阶模高斯光束和平顶光束理论模型的基础上,分别选择了平项洛仑兹函数和费米狄拉克函数作为平顶光分布函数,利用能量守恒定律,分别推导针对拉盖尔-高斯光束和厄米特-高斯光束整形系统中入射光与出射光的映射函数.最后利用ZEMAX软件设计了针对TEM01模高斯光束进行整形的非球面透镜元件.结果表...     

Beam Propagation Factor and Generation of Cosh-squared-Gaussian Beams

A new light beam termed as a cosh-squared-Gaussian beam (ChSGB) which may be one of solutions of the paraxial wave equation for propagation in complex optical systems has been introduced. Their beam propagation factor (M2-factor) is derived and schemes to generate this light beams are proposed.     

HL-2A托卡马克中性束辐射光谱的数值模拟

采用数值模拟的方法研究中性束辐射光谱(BES)对开展与中性束相关的光谱诊断与实验有重要的指导意义.本文在HL-2A托卡马克装置上利用ADAS数据库（Atomic Data and Analysis Structure,1998）计算有效束辐射系数和有效束衰减系数,分析了束辐射光谱强度与等离子体运行参数和中性束参数的关系,并在不同的中性束注入能量、等离子体密度分布和等离子体温度分布的情况下,获得了束辐射光谱强度的空间分布.在n_e=2×10¹³ cm< 关键词： 中性束 束辐射光谱 束衰减     

BEPCⅡ直线加速器的束流调试

叙述了北京正负电子对撞机二期工程(BEPCⅡ)直线加速器的调束过程. 针对调束目标和束流物理特性, 提出了调束方法,并对调束过程中出现的问题进行了分析和研究, 给出了初步调束结果,为今后的进一步调试和稳定运行提供了有益的参考.     

Generalization and propagation of spiraling Bessel beams with a helical axicon

A generalized type of spiral Bessel beam has been demonstrated by using a spatially displaced helical axicon (HA).The topological charge of the spiraling Bessel beams is determined by the order of the input Laguerre-Gaussian (LG) beam and the topological charge of the HA.The obtained spiraling Bessel beams have an LG type of modulation along their propagation direction and exhibit annihilation-reconstruction properties.Theoretical analysis is presented,including that of the stability,propagation distance,topological charge,and spiraling dynamic characteristics.The mathematical and numerical results show that the propagation distance and helical revolution of the spiraling Bessel beams can be controlled through choosing appropriate radius of the HA.