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     

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。     

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     

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     

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     

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。     

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...     

基于直边衍射高斯激光驻波光学势阱仿真

为了研究基片边缘对激光汇聚原子光学势阱的影响, 基于标量光学理论, 采用数值计算对基片衍射与否两种情况下, 高斯激光驻波场光学势阱进行了仿真, 通过三维和截面仿真图充分显示了两种情况下高斯激光光学势阱的异同. 详细研究了激光中轴线与基片表面距离、 激光束腰和反射镜之间的距离对光学势阱的影响.     

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。     

用完全非共振光驻波聚焦原子制作纳米结构分析

用完全非共振激光驻波场对热原子束实现纳米量级的聚焦，可以降低原子光刻试验的难度. 用蒙特卡罗算法和轨迹模拟法分析原子源对原子聚焦的影响，结果表明靶的有效尺寸对纳米 图形线宽的影响远大于原子束的发散角和原子的纵向速度分布. 提出几种改进试验的方法. 关键词： 完全非共振激光驻波场 原子聚焦 纳米结构制作     

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     

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．     

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。     

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.     

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。     

厚透镜近似下激光驻波场中原子动力学研究

研究了在厚透镜近似下 ,原子在激光驻波场中的动力学行为 .通过直接演化一维薛定谔方程 ,发现当激光的强度较大时 ,原子束将会聚焦形成几个焦点 .如果激光的强度更大 ,驻波场中的原子将会出现一种“隧道”现象 ,此时 ,原子受一些实验参数 (如焦平面位置、激光强度等 )的影响程度将大大降低 .这种现象有利于提高原子在驻波场中聚焦沉积的效果 . The dynamics of atoms in laser standing wave (SW) in the regime of over-focused immersion-lens is studied. Through directly evolving a one-dimensional Schrdinger equation, we find that multiple focusing appears when laser intensity is larger than that required for simple focusing. If laser intensity is much higher than that for the single focusing, a "channeling" phenomenon appears, which is insensitive to the variation of some parameters, such as focal plane position and laser intensity...     

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     

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     

双色激光场中原子聚速效应和多光子共振的关系

从双色激光场中运动原子的受激跃迁速率和激光场对原子的辐射压力关系出发，讨论了运动原子在驻波场中速度聚集效应产和珠原因及其与多光子过程的关系，给出了聚速效应出现的条件，预言了极值聚速速度的存在，通过简单的，变换，将驻波场原五速度聚集效应的相结论推广至双色激光场。