[发明专利]预准直孔系结构及其实现监测原子束冷却效果的方法

说明书

技术领域

本发明属于物理科学领域，涉及一种预准直孔系的结构及其实现监测原子束冷却效果的方法。

背景技术

激光冷却原子技术就是利用辐射场与物质相互作用的动力学效应，通过适当选择激光的偏振、频率和强度，使原子减速逐步达到超冷状态(最低可致纳开量级)。激光冷却原子技术一经发展就被广泛地应用于科学与技术的各个前沿领域。主要应用领域有：原子光刻技术、原子干涉仪、冷原子钟、单原子的俘获及操控等。这种技术在原子光刻中的典型应用方案是使激光束垂直于原子束构成横向一维光学粘胶激光冷却区，它可以将原子束的横向发散角大大压缩，而原子束的通量却不会被减小，为原子光刻实验提供了高性能的准直原子束源。在目前利用激光汇聚原子束沉积纳米光栅样品的研究中，原子束被准直的效果是影响沉积纳米光栅结构品质的主要因素。

但是，横向一维光学粘胶激光冷却区对原子束的准直作用要求原子的横向速度分量满足捕获条件。通常的方法是在原子进入激光冷却区之前让它经过一个1×1mm的小孔对它进行预准直，利用机械的方法减小原子的横向发散角到毫弧度量级。这种小孔通常被称为“机械预准直孔”。经预准直后的原子束，在横向一维光学粘胶激光冷却区，与近共振激光束相互作用实现原子束一维准直。之后，经过准直的原子束进入位于基片(硅晶片等)前平行于基片的激光驻波场，最终沉积在基片上形成纳米光栅结构。为了观察原子束的准直效果，通常在放入基片之前使经过激光冷却的原子自由运动一段较长的距离到达荧光探测区。通过比较有无冷却激光束存在的两种情况下荧光光斑的横向尺寸来观察原子的冷却效果。这种方法的缺点是由于基片的加入会阻挡原子使其不能到达荧光探测区域，无法在沉积光栅结构的同时实时监测原子束冷却准直效果。激光汇聚原子沉积纳米光栅的所需时间大约为30-60分钟，如果在这个过程中无法同时检测原子的冷却准直效果，将严重影响纳米光栅的沉积效果和成品率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种预准直孔系结构及其实现监测原子束冷却效果的方法，可以通过监测穿过监测孔的原子束在荧光探测区产生的荧光光斑的分布情况，间接地实时监测从主预准直孔出射原子束的冷却效果。

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：

一种预准直孔系结构，其包括主预准直孔和两个监测孔，两个监测孔对称的分布于主预准直孔两侧。

该主预准直孔和两个监测孔的中心处于同一直线上。

该预准直孔系的厚度在0.01mm。

该主预准直孔的尺寸范围在1×(0.3-1.5)mm，两个监测孔的尺寸相同，尺寸范围在1×(0.7-1)mm，并且预准直孔系总的横向尺寸X_slit满足如下不等式

(Xslit+Xoven)/2Zslit≤3×VcaptureVzmp]]>

式中，X_oven为坩埚口的横向尺寸，Z_slit为预准直狭缝离坩埚口的距离，V_capture为铬原子的捕获速度，V_zmp为铬原子束的纵向最可几速率。

该预准直孔系的加工精度保持在相应尺寸的1/10。