激光驻波场中钠原子沉积图样的理论研究

原子在近共振激光驻波场中受光的作用力汇聚沉积，形成以激光半波长为周期的光栅结构. 利用半经典模型对钠原子束在不饱和驻波场中的运动行为进行了理论研究，用数值方法模拟出在考虑横向温度、纵向速度和自由飞程后钠原子沉积的光栅结构，通过半高宽、对比度对最终沉积图样进行表征，分析了这些因素对沉积的影响，为正在开展的原子光刻实验提供了必要的理论依据. 关键词： 原子沉积 半经典模型 激光驻波场     

中性钠原子在激光驻波场中的运动特性研究

基于半经典理论,分析了中性钠原子在激光驻波场中的受力特征,以此为基础分别对不同纵向运动速度和横向运动速度条件下中性钠原子的运动轨迹进行了仿真运算,得到了不同速度条件下中性钠原子的运动轨迹特征,基于累计算法进一步对不同速度条件下中性钠原子的沉积特性进行了仿真,当钠原子的纵向运动速度符合最可及速度(740 m/s)时,纳米沉积条纹的半高宽为2.78 nm,条纹对比度为38.5 ∶1,当纵向运动速度偏离最可及速度(350 m/s)时,纳米沉积条纹的半高宽为29.1 nm,其对比度下降为15 ∶1.而当中性钠原子 关键词： 原子光刻 激光驻波场 条纹半高宽 条纹对比度     

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。     

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...     

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。     

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     

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     

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     

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。     

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     

离散效应对高强度激光三次谐波转换的影响

使用分步傅里叶变换和四阶龙格库塔法(R-K) ，对高强度激光以Ⅰ/Ⅱ类角度失谐方式，在KDP晶体中的谐波转换进行了研究，详细讨论了离散效应对三次谐波转换的影响。结果表明，离散效应不但降低了三次谐波转换效率，而且使谐波光束质量显著降低；初始入射基频光束腰半径较小时，离散效应是二次谐波转换和三次谐波转换效率降低的主要因素，失谐角对三次谐波转换的影响较小；随着束腰半径的增加，离散效应的影响逐渐减小，失谐角对三次谐波转换的影响逐渐增加。     

一维原子刻蚀的数值模拟

通过直接的数值模拟，分析了原子束在激光驻波场下传播的动力学行为．估计了Cr原子沉积在基片上的焦点的大小，同时还发现一些实验参数会影响原子刻蚀的精度：如原子束的速度分布、激光的失谐量和激光束的直径等．     

Analysis of Aberrations in Laser-Focused Nanofabrication

Based on the semi-classical model, we analyse the motion equation of chromium atoms in the laser standing wave field under the condition of low intensity light field using fourth-order Adams-Moulton algorithm. The trajectory of the atoms is obtained in the standing wave field by analytical simulation. The image distortion coming from aberrations is analysed and the effects on focal beam features are also discussed. Besides these influences, we also discuss the effects on contrast as well as the feature width of the atomic beam due to laser power and laser beam waist. The simulation results have shown that source imperfection, especially the transverse velocity spread, plays a critical role in broadening the feature width. Based on these analyse, we present some suggestions to minimize these influences.     

The influence of divergence angle on the deposition of neutral chromium atoms using a laser standing wave

The characteristics of neutral chromium atoms in the standing wave field are discussed.Based on a semi-classical model,the motion equation of neutral atoms in the laser standing wave field is analyzed,and the trajectories of the atoms are obtained by simulations with the different divergence angles of the atomic beam.The simulation results show that the full width at half maximum(FWHM) of the stripe is 2.75 nm and the contrast is 38.5:1 when the divergence angle equals 0 mrad,the FWHM is 24.1 nm and the contrast is 6.8:1 when the divergence angle equals 0.2 mrad and the FWHMs are 58.6 and 137.8 nm,and the contrasts are 3.3:1 and 1.6:1 when the divergence angles equal 0.5 and 1.0 mrad,respectively.     

Observation of collimation and decollimation of an atomic beam in a misaligned standing wave

This paper reports an experimental study on the collimation and decollimation of an atomic beam in a misaligned standing wave, in which the effective detuning caused by the Doppler effect is affected by the longitudinal velocity of the atomic beam. The experiment shows that in a strong field with red detuning between laser field and atomic transition frequency, laser heating in a normal standing wave becomes laser cooling in a misaligned standing wave for an approriate misalignment angle. For blue detuning, laser cooling in a standing wave can also become laser heating in a misaligned standing wave for an appropriate condition. These results ca be used in controling atomic motion.     

激光驻波场作用下原子束横向速度聚束

分别从理论和实验上研究了在负失谐强激光驻波场作用下，原子速度聚集在某一特定速度附近的现象，即速度聚束，产生速度聚束的原因是，当原子的速度小于某一临界速度时，激光对原子的辐射压力加热原子，而当原子速度大于这个临界速度时则冷却原子，因此原子将伙集于这个临界速度附近。