蒙特卡罗方法模拟激光冷却铬原子束的三维仿真

摘要

实现纳米光栅和纳米点的原子光刻技术是有一定前提条件的，由于原子束的横向发散角和通量的大小会直接影响纳米沉积条纹或纳米沉积点的半峰全宽和对比度，因此原子束需要在较小的速度范围内高度平行地到达沉积所用的激光驻波场。这就需要对从原子炉中喷射出来的原子束进行多方位的有效的准直，以减小原子束的发散角，降低原子运动速度并提高原子通量。　　为了获得高准直度的中性铬原子束，设计了一个由三组激光束组成的激光准直场对高温铬原子束进行准直。应用蒙特卡罗随机方法模拟实际状态下原子的初始状态，更好地体现了实际状态中原子运动的不确定性以及原子同位素对实验的影响。以原子在激光准直场中的受力情况为依据，定量分析了实际状态中性铬原子束在激光准直场作用下的运动特性，及其在三维空间的动轨迹和原子落点状态的三维分布。研究显示，经多普勒冷却机制冷却后铬原子束在x方向最大发散角减小至1.12mrad，y方向最大发散角减小至1.25mrad，再经经过偏振梯度冷却后铬原子束在x方向最大发散角减小至0.53mrad，y方向最大发散角减小至，0.54mrad，且原子通量提高至准直前的两倍。充分说明本文设计的激光冷却场能从各方向准直铬原子束使之达到制作纳米光栅的要求。研究结果不仅为实验提供了更详尽的数据资料更为后续制作更精确的纳米光栅和纳米点提供了更理想的冷原子束。

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第一章 绪论

§1.1 研究的目的及意义

§1.2激光冷却原子发展背景及发展现状

§1.3激光冷却原子机制的发展

§1.4本论文的主要研究工作

第二章 铬原子与激光冷却场的相互作用

§2.1 二能级铬原子特性

§2.2 中性铬原子的激光操纵原理

§2.3 激光冷却主要机制及原理

§2.4 本章小结

第三章 理论模型

§3.1理论模型的建立

§3.2 蒙特卡罗方法与Matlab实现

§3.3数值分析

§3.4仿真程序流程图

§3.5本章小结

第四章 铬原子运动轨迹仿真与3维落点分布分析

§4.1 铬原子所受多普勒力的分析

§4.2 铬原子在多普勒激光冷却场中的运动状态

§4.3 不同参数对铬原子束多普勒冷却效果的影响

§4.4 铬原子所受偏振梯度力分析

§4.5 铬原子在亚多普勒激光冷却场中的运动状态

§4.6 不同参数对铬原子束偏振梯度冷却效果的影响

§4.7 本章小结

第五章 全文总结与展望

§5.1 全文总结

§5.2 本文创新之处

§5.3 进一步工作展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间的主要研究成果