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。

A grating structure with period of half of the laser wavelength generated by focusing Cr atoms with nearly resonant laser standing wave atom lens was simulated using a quantum-mechanical model. The influence of thermal atomic source on atom focusing, including the statistical distribution of the longitudinal velocity and the beam divergence, was discussed. The background and full-width at half-maximum (FWHM) of atomic density peaks with vz in Maxwell distribution and vx0 in Gaussian distribution increase significantly compared with ideal atoms. Collimating atoms with laser cooling is necessary to decrease the peak broadening.

用激光驻波构成的原子透镜对原子束实现nm量级的聚焦,由于原子束的速度扩散、束扩散和原子的波动特性等因素的影响,原子透镜存在像差.建立了两种描述原子透镜的理论模型,用半经典模型分析原子透镜的球差、色差及由原子束的发散角引起的像差,用量子模型分析原子透镜的衍射像差.模拟结果表明原子束的发散角是产生像差的主要因素,衍射像差大于球差和色差.提出了优化实验参数、增加束掩模和利用刻蚀技术三种改善原子光刻实验的方法.

研究了与钠原子束斜交的激光束所构成的消色差原子透镜的聚焦特性,计算结果表明,由于色差得到一定程度的修正,沟道化钠原子的条纹宽度减小了一半,且信噪比得到了显著的提高。