近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所高功率激光物理聯(lián)合實驗室張軍勇副研究員聯(lián)合哈爾濱工業(yè)大學(xué)趙永蓬教授課題組和上海理工大學(xué)詹其文教授課題組，首次完成EUV和軟x射線的結(jié)構(gòu)渦旋光調(diào)控與實驗驗證，為極紫外和軟x射線波段的結(jié)構(gòu)光刻、結(jié)構(gòu)分束調(diào)控，和短波超分辨成像開辟了可行的技術(shù)途徑。相關(guān)成果以“Producing focused extreme ultraviolet vortex with Fermat-spiral photon sieves”為題，發(fā)表于PhotoniX。

菲涅耳波帶片1818年被提出，并于二十世紀(jì)六十年代成功應(yīng)用于x射線聚焦。直到2001年光子篩的出現(xiàn)，為短波的高性能聚焦提供了不同于波帶片的器件選擇。渦旋光因攜帶軌道角動量，其螺旋形相位波前致使中心具有相位奇點從而產(chǎn)生中空光束，這在粒子操控、光通信、量子信息處理、高分辨顯微成像等領(lǐng)域具有重要的潛在應(yīng)用價值。

同古希臘梯子光子篩的分束機理類似，原理上各類螺旋線均能產(chǎn)生相似的渦旋光場，如阿基米德螺旋、斐波那契螺旋、費馬螺旋、等角螺旋等?；谶@一指導(dǎo)思想，科研人員設(shè)計了用于EUV結(jié)構(gòu)渦旋聚焦的異形費馬螺旋光子篩。在氣體放電等離子體極紫外46.9nm激光實驗中成功獲得寬度467nm的結(jié)構(gòu)渦旋聚焦光斑（理論值為428nm），并借助相干衍射成像復(fù)原出了結(jié)構(gòu)渦旋光的螺旋相位。自支撐的異形光子篩因為天然的鏤空結(jié)構(gòu)，特別適用于EUV和軟X射線的相干光聚焦與分束調(diào)控，這為更先進的從極紫外到X射線結(jié)構(gòu)光刻、波前傳感與超分辨成像提供了新的發(fā)展契機。

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帆計劃和中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項A類項目的支持。

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圖1?EUV結(jié)構(gòu)渦旋聚焦實驗，(a-c)焦前到焦后的衍射場，(d)掃描位置的相關(guān)曲線，(e-g)焦斑光強，(f)焦斑中心相位