超强激光科学卓越创新简报

(第五百十三期)

2024年5月14日

上海光机所在EUV和软x射线首次实现结构涡旋光调控

近期， 高功率激光物理联合实验室张军勇副研究员联合哈尔滨工业大学赵永蓬教授课题组和上海理工大学詹其文教授课题组，首次完成EUV和软x射线的结构涡旋光调控与实验验证，为极紫外和软x射线波段的结构光刻、结构分束调控，和短波超分辨成像开辟了可行的技术途径。相关成果以“Producing focused extreme ultraviolet vortex with Fermat-spiral photon sieves”为题，发表于PhotoniX。

菲涅耳波带片1818年被提出，并于二十世纪六十年代成功应用于x射线聚焦。直到2001年光子筛的出现，为短波的高性能聚焦提供了不同于波带片的器件选择。涡旋光因携带轨道角动量，其螺旋形相位波前致使中心具有相位奇点从而产生中空光束，这在粒子操控、光通信、量子信息处理、高分辨显微成像等领域具有重要的潜在应用价值。

同古希腊梯子光子筛的分束机理类似，原理上各类螺旋线均能产生相似的涡旋光场，如阿基米德螺旋、斐波那契螺旋、费马螺旋、等角螺旋等。基于这一指导思想，科研人员设计了用于EUV结构涡旋聚焦的异形费马螺旋光子筛。在气体放电等离子体极紫外46.9nm激光实验中成功获得宽度467nm的结构涡旋聚焦光斑（理论值为428nm），并借助相干衍射成像复原出了结构涡旋光的螺旋相位。自支撑的异形光子筛因为天然的镂空结构，特别适用于EUV和软X射线的相干光聚焦与分束调控，这为更先进的从极紫外到X射线结构光刻、波前传感与超分辨成像提供了新的发展契机。

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和中国科学院战略性先导科技专项A类项目的支持。

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图1 EUV结构涡旋聚焦实验，(a-c)焦前到焦后的衍射场，(d)扫描位置的相关曲线，(e-g)焦斑光强，(f)焦斑中心相位