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德国耶拿大学运用EUV开发纳米级成像技术
材料来源:荣格工业激光          

近日,德国耶拿大学研究人员开发出一种称为“极紫外光相干成像”(XCT)的新工艺技术。该技术有望在未来应用于材料研究和数据处理,并且可以实现半导体材料内部结构的无损研究。

“新工艺的成像过程是基于光学相干层析成像(OCT)的操作原理,而OCT技术当前已在眼科等领域上有实践应用,”耶拿大学博士候选人Felix Wiesner表示,“OCT设备可以无创逐层扫描检查人眼的视网膜,并且能够创建三维图像。”

■Gerhard Paulus教授,耶拿大学光学与量子电子研究所激光实验室Felix Wiesner博士和Silvio Fuchs博士(左起)(图片来源:耶拿大学)

目前在眼科应用中,OCT使用红外光扫射视网膜。眼科医生选择红外光是为了防止视网膜组织吸收过多的光辐射。作为一种无损伤性、非接触式的影像学检查方法,OCT运用红外光对视网膜的细微结构进行横截面扫描,通过不同视网膜层、不同细胞层的反射波形成最终图像,清晰显示出视网膜不同层次的结构,帮助医师做出准确分析。

在研究过程中,为了达到小尺寸和高精度的要求,研究人员在OCT设备上采用了短波极紫外光而非长波红外光。为了检测半导体材料里的纳米级内部结构,光的波长就必须小 到只有几纳米。

以往,只有大型研究机构才能产生短波光。但随着高次谐波技术的发展,现在普通实验室就能生成短波光。中功率激光器就能产生频率比普通光高很多倍的光。谐波次数越高,产生的波长越短。

耶拿大学非线性光学教授Gerhard Paulus说:“通过这种方式,我们使用红外波激光器产生波长在10nm-80nm之间的光。如同激光辐射一样,所生成的宽频极端紫外光也是相干的,这意味着它具有类似激光的特性。”

为了测试该方法,研究人员将硅的纳米层结构暴露在相干的极紫外线辐射下,并分析了反射光。硅制样品包含了不同深度的金属薄层,例如钛或银。由于这些材料的反射特性不同于硅,因此研究人员能够在反射辐射中检测到它们。

该工艺方法被证明能精确成像样品的深层结构。由于反射特性的变化,研究人员还可能以此确定样品的化学成分。“OCT为半导体、太阳能电池或多层光学组件检测提供了新方法。”Gerhard Paulus表示。

未来,OCT在纳米级材料生产的品控中将发挥巨大的潜力,同时还可用于检测纳米级材料的内部缺陷或化学杂质。

■耶拿大学研究人员的成果刊登在最新一期杂志Optica上,读者如有需要请自行下载阅读

延伸阅读——高次谐波

单一频率的基频波入射到非线性介质后,由于高次非线性电极化系数的耦合效应而产生频率为入射光波(基频波)的三倍、四倍甚至更高倍的光波辐射,这种非线性光学现象称为高次谐波效应(higher harmonic effect),产生的光波称为高次谐波(higher harmonic)。

2017年,上海光机所强场激光物理国家重点实验室在高次谐波研究中取得进展。科研人员发现在定向的非对称分子同强激光场相互作用时,可以产生独特的纯偶次高次谐波光谱,并揭示了其物理本质。这一结果丰富了人们对于超快强激光场同物质相互作用产生高次谐波现象的认识。

■纯偶次高次谐波光谱和奇次高次谐波光谱对比图

研究表明,纯偶次高次谐波可以产生。当非对称线性分子的分子轴与线偏光的偏振方向垂直时,在分子轴方向会有高次谐波产生,这一方向的高次谐波不会像激光偏振方向的高次谐波那样每半个光周期就改变一次相位,高次谐波的相位在每个光周期里一致是产生纯偶次谐波的本质。

这一研究是完整的高次谐波理论中不可或缺的一步,并且这一理论适用于所有具有永久偶极矩的体系,例如多分子原子和大块晶体等热门材料,因而将成为强场物理领域重要应用之一。


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