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原子射流透镜聚焦极紫外光
信息来源: 发布时间:2018年12月27日 【 】 【打印】 【关闭

  德国马克斯·伯恩研究所(MBI)的科学家们开发了首个可以聚焦极紫外光线的透镜。研究人员并没有使用在极紫外光区域不透明的玻璃透镜,而是使用由原子射流所形成的透镜。研究结果发表在《Nature》杂志上,为实现短时间成像生物样本提供了新的机会。 

  研究人员认为,该技术可以开辟折射光学的适用范围,折射光学广泛用于显微镜和其他光谱不同部分应用,现在也适用于极紫外波段。  

  极紫外辐射覆盖10nm124nm的波长区域,光子能量范围为10124eV。所有物质都强烈吸收那些短波长的光。这意味着操纵极紫外光束的技术需要在超高真空中进行。这也意味着聚焦和重定向这些光束不能依赖于折射元件(这将吸收太多的光能量以至于无用),而是依赖于反射元件,例如多层布拉格堆叠镜和衍射菲涅耳波带片。甚至这些元素也倾向于吸收下一代光刻平台等系统中极紫外能量的很大一部分;因此,这些系统必须包括非常明亮的极紫外源,以克服损失并完成工作。  

  用于极紫外辐射的透镜和棱镜,如果能以某种方式设计,从而可以大大提高设计极紫外系统的灵活性,特别是对于显微镜和超快现象的应用。由BerndSchütte领导的新工作背后的MBI团队希望看到它是否能够以一种新颖的方式创造出这种折射元素,使用气流而不是传统的固体镜头。   

  

  1. 远紫外折射棱镜 

  在基本设置中,来自飞秒持续时间近红外脉冲的高次谐波产生的极紫外光束,从脉冲水平的惰性气体射流的中心通过,该惰性气体流由压电阀产生,喷嘴直径为0.5毫米。该阀门产生的气流具有很强的垂直密度梯度,中心有高气体密度,径向向外移动密度较低。 当极紫外脉冲通过不同密度的气体区域时,脉冲光子激发气体原子,气体原子以相同的光子能量重新发射辐射。相对于原始脉冲,重新发射的能量相移不同的量,用于不同气体密度的区域,其将倾斜波前。并且,因为折射率函数看起来在原子共振附近的能量处强烈分散,所以在共振值附近具有不同光子能量(和波长)重新发射的辐射光谱分量可以“看到”不同的折射率,并且弯曲成不同的方向。这就是折射棱镜的基础。  

  利用这些原理,MBI团队能够制造氦射流棱镜,当光束通过偏离中心的气体区域时能够按波长弯曲和分裂极紫外光,就像玻璃棱镜分裂可见光一样。并且,当未聚焦的极紫外光束穿过气体射流的中心而不是偏离中心时,研究小组发现气体射流两侧的密度梯度充当透镜,将极紫外光束弯曲并聚焦到比气体喷射更集中的更紧密的点。 

  该团队还证明,通过改变气体背压,喷射密度分布或使用的气体,它可以控制偏转的程度(在棱镜中)和聚焦(在透镜中)。例如,团队演示中的氩透镜在约2.5巴的压力下实现了峰值聚焦。该团队表示,在更高的压力下,焦平面越靠近喷嘴。这表明可以使用压力作为控制旋钮来调整这些气体透镜的特性。  

  除了可调性之外,该团队还指出,气体透镜对极紫外光具有高透射性,“免受损坏(因为气体样品不断得到补充),并保持入射光的传播方向。”而该团队表示,在这些初步实验中显示出来的聚焦特性表明,在微米尺度上,将该技术与另一种聚焦元件(如菲涅耳波带片)相结合,可以实现纳米级聚焦。 

  该方法的一个缺点是,目前,使用该技术构建的透镜仅限于极紫外光谱中相对长的波长,来自大约10eV24eV低能量端的光子能量。但研究人员认为,通过使用高电荷离子和电子等离子体而不是原子或分子气体作为折射介质的系统,从而聚焦更短波长、更高能量的极紫外辐射的透镜是可能的。 

  编译自:https://physicsworld.com/a/helium-jet-focuses-extreme-ultraviolet-light/ 


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