上海光機(jī)所在euv和軟x射線聚焦光場陣列調(diào)控和整形方面首次取得進(jìn)展

近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室張軍勇團(tuán)隊(duì)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射線聚焦光場的陣列調(diào)控與整形，解決了極紫外和x射線波段的衍射成像和干涉?zhèn)鞲械脑骷芟迒栴}。相關(guān)成果以“free light?shape focusing in extreme?ultraviolet radiation with self?evolutionary photon sieves”為題，發(fā)表于scientific reports。

自倫琴發(fā)現(xiàn)x射線以來，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射線學(xué)發(fā)展的兩大瓶頸。同步輻射和自由電子激光等集中在軟x射線和硬x射線波段，而放電等離子體激光覆蓋了極紫外和部分軟x射線波段。隨著高相干短波光源問題的緩解，更加迫切需要euv和x射線的聚焦調(diào)控器件。而材料在euv和軟x射線波段呈現(xiàn)出強(qiáng)吸收，在硬x射線波段表現(xiàn)出強(qiáng)穿透，菲涅耳波帶片是目前唯一可用的透射聚焦元件。上海光機(jī)所是國內(nèi)較早從事x射線器件設(shè)計(jì)和應(yīng)用的單位，尤其是在傳統(tǒng)波帶片和光子篩的基礎(chǔ)上，最早提出并發(fā)展了多種不同光學(xué)功能的多焦光子篩，如古希臘梯子光子篩、費(fèi)馬螺旋光子篩等，能夠滿足短波衍射成像和干涉?zhèn)鞲械募夹g(shù)需求。

相比環(huán)數(shù)有限的波帶片，數(shù)以百萬、億計(jì)的小孔為功能型光子篩的出現(xiàn)提供了近乎無限的設(shè)計(jì)自由度，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)利用優(yōu)化算法設(shè)計(jì)了自進(jìn)化光子篩，實(shí)現(xiàn)了euv波段的聚焦光場陣列調(diào)控和整形。實(shí)驗(yàn)中從放電等離子體激光69.8nm、46.9nm和13.5nm中優(yōu)化出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結(jié)構(gòu)光斑，結(jié)果符合理論計(jì)算的衍射極限聚焦。euv和x射線陣列調(diào)控和整形的實(shí)現(xiàn)為短波的結(jié)構(gòu)光刻、水窗段的活體生物細(xì)胞成像、激光等離子體的干涉診斷、x射線顯微鏡和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、上海市青年科技英才揚(yáng)帆計(jì)劃、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)a類等項(xiàng)目的支持。