超強激光科學(xué)卓越創(chuàng)新簡報

(第四百八十五期)

2024年3月18日

上海光機所在EUV和軟x射線分束器方面首次取得進展

近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所高功率激光物理聯(lián)合實驗室張軍勇副研究員團隊聯(lián)合哈爾濱工業(yè)大學(xué)趙永蓬教授課題組首次完成EUV和軟x射線分束器的設(shè)計與實驗驗證，該研究有望解決極紫外和x射線波段的衍射成像和干涉?zhèn)鞲械姆质魇芟迒栴}。相關(guān)成果以“Azimuthally extreme?ultraviolet focal splitter by modified spiral photon sieves”為題，發(fā)表于APL Photonics。

菲涅耳波帶片概念由菲涅耳于1818年提出，并在二十世紀六十年代成功應(yīng)用于x射線聚焦。2001年，聚焦性能優(yōu)于波帶片的光子篩出現(xiàn)，短波的高性能聚焦有了除波帶片外新的器件選擇。但傳統(tǒng)的波帶片和光子篩受限于單焦特性，無法滿足短波衍射成像和干涉?zhèn)鞲械募夹g(shù)需求，隨著高相干短波光源技術(shù)的突破，對EUV和x射線的分束器件的需求愈發(fā)迫切。

為了解決EUV和x射線分束問題，聯(lián)合團隊在前期費馬螺旋光子篩的研究基礎(chǔ)上，利用優(yōu)化算法設(shè)計出了改進型螺旋光子篩，實現(xiàn)了EUV波段的角向分束功能。實驗中利用46.9nm激光照射光子篩，用光刻膠記錄聚焦光場，原子力顯微鏡讀取數(shù)據(jù)，成功獲得多組百納米聚焦的角向分束光斑，實驗結(jié)果和理論預(yù)測符合。EUV和x射線分束器的出現(xiàn)為短波的陣列光刻、“水窗”波段的活體生物細胞成像、激光等離子體的干涉診斷、x射線顯微鏡和分束相干衍射成像等拓展了新的發(fā)展空間。

相關(guān)工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項A類等項目的支持。

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圖1 EUV分束器的螺旋光子篩初始結(jié)構(gòu)

圖2 EUV分束器的聚焦實驗結(jié)果，左：理論值，中：實驗值，右：水平分布