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超强激光科学卓越创新简报

(第六百七十期)

2025年6月20日

上海光机所在Mo/Si多层膜的13.5nm自由电子激光损伤研究取得进展

近期,中国科学院上海光机所高功率激光元件技术与工程部赵元安研究员团队,与张江实验室和武汉理工大学合作,依托上海软X射线自由电子激光装置建设了13.5 nm飞秒脉冲激光损伤试验站,利用13.5nm300fs的自由电子激光开展了Mo/Si多层膜的激光损伤研究。相关成果以“Oxidation of silicon on substrate induced bubble-like damage of Mo/Si mirror irradiated by femtosecond EUV pulses”为题发表于Optical Materials

作为超短激光关键光学元件,Mo/Si多层膜反射镜可以操控13.5 nm激光在近正入射条件下的高反射行为,因而在自由电子激光、太阳观测以及半导体领域具有不可替代的应用性。随着激光光源强度的不断提升,光学元件的抗激光损伤能力成为光源应用和光学元件制造不可回避的关注点。

课题组在上海软X射线自由电子激光装置支线建设了13.5 nm飞秒脉冲激光损伤试验站,研究了13.5nm波长自由电子激光对典型Mo/Si多层反射膜的激光损伤行为,并分析了相关损伤机理。不同与已公开报道的典型Mo/Si反射膜由于层间扩散导致的压实损伤行为,实验发现典型损伤表现为圆形气泡形态,且横向尺寸远小于靶面聚集光斑。通过对损伤断面的高分辨分析,发现气泡由顶部~10Mo/Si层发生完全混合,中部~28Mo/Si层相对完整,气泡起源于基底与多层膜界面,能谱分析显示Si基底表面有极薄氧化层。通过Monte-Carlo模拟,分析了多层膜内的吸收分布特征,解析了基底表面局部氧化是导致该特殊气泡形态损伤的机理根源。该研究结果对于研制高亮度超短激光使用的Mo/Si多层膜具有重要指导意义。

相关研究得到了国家自然科学基金项目和上海软X射线自由电子激光光束线以及国家同步辐射实验室支持。

原文链接

1. EUV自由电子激光损伤试验站

2.损伤形貌 (a)气泡状损伤全貌SEM照片 (b)-(d) 损伤切面局部高分辨TEM照片

3. Monte-Carlo模拟Mo/Si多层膜内的吸收分布

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