超强激光科学卓越创新简报

(第四百八十五期)

2024年3月18日

上海光机所在EUV和软x射线分束器方面首次取得进展

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副研究员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射线分束器的设计与实验验证，该研究有望解决极紫外和x射线波段的衍射成像和干涉传感的分束器受限问题。相关成果以“Azimuthally extreme‑ultraviolet focal splitter by modified spiral photon sieves”为题，发表于APL Photonics。

菲涅耳波带片概念由菲涅耳于1818年提出，并在二十世纪六十年代成功应用于x射线聚焦。2001年，聚焦性能优于波带片的光子筛出现，短波的高性能聚焦有了除波带片外新的器件选择。但传统的波带片和光子筛受限于单焦特性，无法满足短波衍射成像和干涉传感的技术需求，随着高相干短波光源技术的突破，对EUV和x射线的分束器件的需求愈发迫切。

为了解决EUV和x射线分束问题，联合团队在前期费马螺旋光子筛的研究基础上，利用优化算法设计出了改进型螺旋光子筛，实现了EUV波段的角向分束功能。实验中利用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角向分束光斑，实验结果和理论预测符合。EUV和x射线分束器的出现为短波的阵列光刻、“水窗”波段的活体生物细胞成像、激光等离子体的干涉诊断、x射线显微镜和分束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、中国科学院战略性先导科技专项A类等项目的支持。

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图1 EUV分束器的螺旋光子筛初始结构

图2 EUV分束器的聚焦实验结果，左：理论值，中：实验值，右：水平分布