【康沃真空網】解決國內光刻機的技術瓶頸，是香港城市大學電機工程系教授蔡定平團隊近期一項工作的研究初衷。其研發出一款新型真空紫外光超構透鏡，可用于半導體制作、光化學、材料科學等，所產生的聚焦真空紫外光源，也能廣泛用于微納光刻等高端工業領域。未來延伸到更短波長之后，可用于光刻機。
▲圖 | 左為陳沐谷博士、右為蔡定平教授（來源：課題組）
這款基于真空紫外光的新型非線性超構透鏡，能同時產生和聚焦真空紫外光，直徑為 45 微米。它可通過二次諧波產生過程，將波長 394 納米的紫外光、轉為波長 197 納米的真空紫外光，并能將轉換后的真空紫外光聚焦，聚焦之后的光斑直徑小于 200 萬分之 1 米。
（來源：Science Advances）
根據美國萊斯大學合作者的測試，相比超構透鏡表面的平均功率密度，聚焦光點的功率密度可提高 21 倍。
概括來說，該課題組首次發現、并提出真空紫外非線性超構透鏡的新概念。針對傳統真空紫外器件材料吸收強、系統體積大、復雜度高等問題，這款超構透鏡將其一舉攻克，借此為非線性真空紫外產生和所產生光的聚焦，提供了一種高度緊湊的解決方案，并且無需額外的光學元件。
詳細來說，真空紫外光的波長范圍通常為 100 至 200 納米。由于它的光子能量高，以及鑒于光和物質的相互作用更強，所以真空紫外輻射能廣泛用于材料表征與加工、生物技術等。
但在目前仍然面臨兩大缺乏：低損耗的光學元件、緊湊型的相干光源。這直接導致該波長范圍內的新應用無法更快“誕生”。而幾乎所有用于傳統鏡片的玻璃類型，都不適用于真空紫外光，因為它們在 100 至 200 納米的波長范圍內具有很強的吸收力。
（來源：Science Advances）
在當下，只有氟化鈣和氟化鎂等少數材料，可被用于真空紫外透射型透鏡。然而這些材料相對脆弱，限制了薄透鏡的實際制造和設計。另外，盡管反射光學可以消除強真空紫外吸收，但卻顯著增加了真空紫外系統的體積和復雜度。
說到這里，就得介紹一下相干真空紫外光源，其歷來是一種大型的固定波長準分子激光器，需要較大的實驗室占地面積、以及大量氣體處理設備。
此前，人們將固態激光光源與非線性光學過程結合，讓相干真空紫外光的研究得以拓展。其中，從稀有氣體蒸汽中的級聯三倍頻、到產生高度級聯諧波的這一過程，是將低光子能量相干光源轉換為更高光子能量光源的有效方法。
在更高效率的上轉換過程里，非線性光學晶體中的二次諧波產生，會嚴重受制于真空紫外波長的相位匹配以及光吸收。因此，要想進一步利用電磁光譜區域，亟需新型真空紫外光的產生和調控方法。
