基于直边衍射效应作用下铬原子沉积纳米结构的三维分析

摘要

激光驻波场操纵中性原子汇聚技术是原子光刻领域的重要分支之一,利用激光汇聚中性原子沉积技术得到稳定的光栅结构可以作为纳米级的长度基准。在实际的沉积过程中,基片的衍射效应直接导致了激光驻波场的重新分布,进而影响中性原子在激光驻波场中的纳米沉积结构,故此研究中性原子束在直边衍射机制下的沉积过程更具实际意义。
　　本文以铬原子为研究对象,根据基片产生的衍射现象的特点确定了衍射类型为菲涅耳直边衍射,建立了理想基模高斯激光驻波场模型,在此基础上加入基片边缘的扰动因素,建立了直边衍射基模高斯激光驻波场模型,比较了理想驻波场和衍射驻波场的三维特性。结果表明,理想驻波场的驻波效果较好;由于直边衍射效应的影响,横向驻波场的阴影区有势阱渗入,透光区势阱的振荡现象显著,纵向驻波场呈现以激光波长一半为周期的驻波形式分布;衍射效应的存在使得铬原子的最佳捕获位置偏离了基片表面。
　　基于半经典理论,推导出铬原子在直边衍射激光驻波场中的运动轨迹方程,选用设定适当步长的四阶龙格-库塔算法,分别对基片、反射镜、激光束三者之间的位置关系以及原子束的横向发散、激光束腰半径等因素下铬原子的三维运动轨迹和三维沉积条纹结构进行仿真发现,基片边缘的衍射效应会影响最终的汇聚效果,实验中应适当的调整实验参数,采用束腰半径为62.5um高度准直的基模高斯激光束,衍射边缘应尽量的靠近位于激光束腰位置的反射镜,并调节基片至激光中轴线以下10?位置处,以期获得质量较好的纳米光栅结构。
　　直边衍射效应下铬原子沉积纳米结构的三维仿真结果更接近实际,且直观的反应了铬原子的三维全貌信息,这将为原子光刻实验提供有益的理论依据和数据信息。

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第一章 引 言

§1.1 研究的目的和意义

§1.2 激光汇聚原子发展背景和现状

§1.3 原子直边衍射的发展背景和现状

§1.4 本论文的主要工作

第二章 衍射激光驻波场的基本理论

§2.1 激光的基本原理

§2.2 高斯光束

§2.3 激光的衍射

§2.4 本章小结

第三章 铬原子与激光场的相互作用

§3.1 二能级原子

§3.2 铬原子与激光场的相互作用

§3.3 本章小结

第四章 直边衍射激光驻波场特性研究

§4.1 理想基模高斯激光驻波场的形成

§4.2 直边衍射效应下基模高斯激光驻波场的形成

§4.3 直边衍射激光驻波场特性分析

§4.4 本章小结

第五章 直边衍射驻波场中铬原子的三维沉积特性分析

§5.1 铬原子运动轨迹的计算模型

§5.2 四阶龙格-库塔算法

§5.3 铬原子的三维沉积特性分析

§5.4 本章小结

第六章 结论与展望

§6.1 全文总结

§6.2 本文创新之处

§6.3 工作展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果