同步加速器光源的新选项

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同步加速器光源的新选项

德国赫姆霍兹中心(HZB)、德国联邦物理技术研究院(PTB)和中国清华大学的加速器专家团队共同合作,使用激光操纵PTB计量光源中的电子束,产生具有激光特征的高强度光脉冲。通过这一方法,同步加速器辐射源将有可能填补可用光源库中的空白,解决光刻机研发中最核心的难题。该研究成果于近期发表在Nature杂志上。

 

图:实验设置是通过波荡器中的激光调节存储电子束,在存储环中形成微聚束,并产生相干辐射。 (图片来源:清华大学)

图:实验设置是通过波荡器中的激光调节存储电子束,在存储环中形成微聚束,并产生相干辐射。 (图片来源:清华大学)

目前全球最先进的研究光源都是基于粒子加速器。在加速器中,电子被加速到接近光速,并发出具有特殊特征的光脉冲。在基于存储环的同步辐射源中,电子束在存储环中行进数十亿转,产生快速连续明亮的光脉冲。同时,自由电子激光(FEL)中的电子束被线性加速,发出类似激光的单次超亮闪光。近年来,存储环光源和FEL光源技术促进了生物和医学领域的深刻见解以及材料研究、技术研发和量子物理学等领域的快速发展。

该项研究起源于十年前由美国斯坦福大学著名加速器理论家 Alexander Chao和他的团队提出的“稳态微聚束”(SSMB)原理。现在,来自PTB、HZB和清华大学的中德合作团队已经证明能够在同步辐射源中产生一种结合两个系统优点的新脉冲模式。微聚束会在激光波长及其高次谐波上辐射出高强度的窄带宽相干光,通过探测该辐射可验证微聚束的形成,由此证明了电子的光学相位能以短于激光波长的精度逐圈关联起来,使得微聚束可被“稳态”地保持。

SSMB光源的潜在应用之一是作为未来极紫外(EUV)光刻机的光源,光刻是集成电路芯片制造中复杂和关键的工艺步骤,光刻机是芯片产业链中必不可少的精密设备。SSMB光源将同步加速器光的优点与FEL脉冲的优点结合在一起,可以产生具有聚焦、窄带等新特性的强脉冲辐射。基于SSMB的EUV光源有望实现大的平均功率,并具备向更短波长扩展的潜力,为大功率EUV光源的突破提供全新的解决思路。

(译:车薇娜 / 图:PTB、清华大学)

原文版权归PTBHZB和清华大学研究团队所有,如需转载请注明出处。

 

词汇表:

synchrotron light source 同步加速器光源

Metrology Light SourceMLS) 计量光源

particle accelerator 粒子加速器

electron bunch 电子束

free-electron lasers (FELs)  自由电子激光

coherent radiation 相干辐射

Steady-State Microbunching (SSMB) 稳态微聚束

EUV lithography 极紫外光刻