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=-0.2 w0(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5.62nm,两者分别为非衍射时的1.1倍和0.94倍。

基片表面倾斜及衍射对激光会聚原子沉积条纹的影响

目的:探究基片对激光会聚原子沉积的影响。方法:根据光学势阱中原子运动的轨迹方程,对会聚场的光学势阱、原子运动轨迹和沉积条纹等进行了仿真实验。结果:衍射式光学势阱使原子轨迹提前会聚,进而与倾斜角一起对沉积条纹的质量参数产生了影响。在正倾时,随着|x0|的增大,条纹半高宽增大,条纹峰值减小;在负倾斜时,随着|x0|的增大,条纹半高宽保持不变,条纹峰值增大;同时随着|x0|的增大,沉积条纹的峰值位置相对于波节的偏移量趋向单调增大。在非衍射条件下,偏移量增大4 nm;在衍射条件下,偏移量增大15 nm。结论:由于衍射的存在,不管基片表面正倾斜还是负倾斜,基片表面上方沿着z方向都会存在一个直边衍射式的光学势阱。

铬原子束沉积纳米光栅结构的3维仿真

为了研究铬原子经过波长为425.55nm 1维高斯激光驻波会聚作用后的沉积情况,采用原子与激光相互作用的原子轨道方法和波动方法两种理论模型进行了3维仿真。结果表明,同一激光功率条件下,两种方法的仿真条纹在激光束方向上都具有相同的周期性,在垂直激光束方向上具有非常相似的延展性,即随着激光功率的增加,原本的一条仿真条纹会逐渐分裂开来,由于原子波动性的影响,波动方法仿真的条纹中还有明显的干涉边峰,这种现象随着激光功率的增加而变得更加明显。这些仿真结果为实验提供了更加丰富的理论指导。

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。

高斯激光非准直性对激光会聚铬原子沉积的影响

通过数值计算,仿真研究了高斯激光情况下基片表面不同位置处激光会聚铬原子沉积条纹结构的一致性.研究结果显示高斯激光束构成的光学势阱沿激光中轴线和垂直于激光中轴线两个方向相对于准直高斯激光都有独特的分布结构.这种独特的结构导致铬原子运动轨迹相对于波节位置对称性的破坏,进而导致沉积条纹结构发生变化:在沿激光中轴线方向上,x0从0 mm变化到-50 mm过程中,铬原子的运动轨迹最终的聚集区域相对于波节慢慢失去对称性,并且向x0绝对值较小的一边偏离波节位置;铬原子沉积条纹的半峰全宽、中心峰值和中心线相对于波节的偏移量都随x0的变化而趋向线性变化.其中,半峰全宽约有8 nm的增宽,中心峰值约有50个单位的减少量,中心线相对于波节的偏移量约有15 nm的增大量.

基于VirtualLab Fusion的原子光刻基片定位方案的光学系统仿真

为了探究原子光刻中基片与会聚激光场间距对沉积纳米光栅质量的影响,我们基于VirtualLab Fusion(VLF)平台实现了基片定位控制方案中光学系统的建模和仿真.结果显示:基片在切割会聚激光时将产生直边衍射图像,其轮廓形状和最大值都会随着基片切割激光截面区域大小的变化而变化:虚拟光电探测器上所得到的反射光强度值将随着基片-会聚激光间距的变化给出了倒置的高斯线型,其最低点出现在基片中心和会聚激光场轴线重合时的位置上.当会聚激光场截面恰好被基片阻挡一半时,探测处的强度值降至45.5%.这种光强随基片位置的变化情况为精确地定位基片位置提供了理论支撑.