近期，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率激光物理聯合實驗室張軍勇團隊聯合哈爾濱工業大學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控與整形，解決了極紫外和x射線波段的衍射成像和干涉傳感的元器件受限問題。相關成果以“Free light?shape focusing in extreme?ultraviolet radiation with self?evolutionary photon sieves”為題，發表于Scientific Reports。
 

　　自倫琴發現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射線學發展的兩大瓶頸。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射線的聚焦調控器件。而材料在EUV和軟x射線波段呈現出強吸收，在硬x射線波段表現出強穿透，菲涅耳波帶片是目前唯一可用的透射聚焦元件。上海光機所是國內較早從事x射線器件設計和應用的單位，尤其是在傳統波帶片和光子篩的基礎上，最早提出并發展了多種不同光學功能的多焦光子篩，如古希臘梯子光子篩、費馬螺旋光子篩等，能夠滿足短波衍射成像和干涉傳感的技術需求。
 

　　相比環數有限的波帶片，數以百萬、億計的小孔為功能型光子篩的出現提供了近乎無限的設計自由度，聯合團隊利用優化算法設計了自進化光子篩，實現了EUV波段的聚焦光場陣列調控和整形。實驗中從放電等離子體激光69.8nm、46.9nm和13.5nm中優化出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據，成功獲得多組百納米聚焦的結構光斑，結果符合理論計算的衍射極限聚焦。EUV和x射線陣列調控和整形的實現為短波的結構光刻、水窗段的活體生物細胞成像、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展空間。
 

　　相關工作得到國家自然科學基金、上海市青年科技英才揚帆計劃、中國科學院戰略性先導科技專項A類等項目的支持。
 

圖1極紫外光的結構聚焦，(a)焦斑的AFM圖，(b-c)仿真焦斑的光強與相位
 

圖2極紫外光的多層陣列光斑