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上海光机所在EUV和软x射线聚焦光场阵列调控和整形方面首次取得进展

仪表网 2024-02-26
          近期,中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室张军勇团队联合哈尔滨工业大学赵永蓬教授课题组首次完成EUV和软x射线聚焦光场的阵列调控与整形,解决了极紫外和x射线波段的衍射成像和干涉传感的元器件受限问题。相关成果以“Free light‑shape focusing in extreme‑ultraviolet radiation with self‑evolutionary photon sieves”为题,发表于Scientific Reports。
 
  自伦琴发现x射线以来,高相干的短波光源以及高性能的短波聚焦元件一直是限制x射线学发展的两大瓶颈。同步辐射和自由电子激光等集中在软x射线和硬x射线波段,而放电等离子体激光覆盖了极紫外和部分软x射线波段。随着高相干短波光源问题的缓解,更加迫切需要EUV和x射线的聚焦调控器件。而材料在EUV和软x射线波段呈现出强吸收,在硬x射线波段表现出强穿透,菲涅耳波带片是目前唯一可用的透射聚焦元件。上海光机所是国内较早从事x射线器件设计和应用的单位,尤其是在传统波带片和光子筛的基础上,最早提出并发展了多种不同光学功能的多焦光子筛,如古希腊梯子光子筛、费马螺旋光子筛等,能够满足短波衍射成像和干涉传感的技术需求。
 
  相比环数有限的波带片,数以百万、亿计的小孔为功能型光子筛的出现提供了近乎无限的设计自由度,联合团队利用优化算法设计了自进化光子筛,实现了EUV波段的聚焦光场阵列调控和整形。实验中从放电等离子体激光69.8nm、46.9nm和13.5nm中优化出46.9nm激光照射光子筛,用光刻胶记录聚焦光场,原子力显微镜读取数据,成功获得多组百纳米聚焦的结构光斑,结果符合理论计算的衍射极限聚焦。EUV和x射线阵列调控和整形的实现为短波的结构光刻、水窗段的活体生物细胞成像、激光等离子体的干涉诊断、x射线显微镜和相干衍射成像等拓展了新的发展空间。
 
  相关工作得到国家自然科学基金、上海市青年科技英才扬帆计划、中国科学院战略性先导科技专项A类等项目的支持。
 
图1极紫外光的结构聚焦,(a)焦斑的AFM图,(b-c)仿真焦斑的光强与相位
 
图2极紫外光的多层阵列光斑
 
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