来自哈佛大学（马萨诸塞州剑桥市）和格拉茨理工大学（奥地利）的一组研究人员最近创造了第一个聚焦极紫外 (EUV) 光束的超透镜。这一壮举为在阿秒级探索微电子学和基本物理过程打开了大门。
Marcus Ossiander 是哈佛大学 Federico Capasso 小组的博士后研究员，目前在格拉茨科技大学工作，拥有博士学位。在阿秒物理学中，这需要 EUV 产生最短的光脉冲来观察光电效应等物理过程的演变。他和同事们为阿秒物理学严重缺乏光学而苦苦挣扎，因为它扰乱了项目或使它们完全不可能。
“在我学会了如何设计超透镜之后，我梦想着超透镜可以解决我们在阿秒物理学中的问题——事实证明，它可以，”Ossiander 说，他现在正在转回阿秒物理学以利用这些新工具。
构建 EUV 超透镜
这项工作背后的基本设计一直追溯到惠更斯原理：将膜内的每个孔视为微小的光发射器。Ossiander 解释说：“我们设计了这些发射器的相位，使光在我们想要达到的焦距（10 毫米）处建设性地干涉一个点。” “而且我们可以创建我们需要逐孔制造的透镜设计，然后使用电子束光刻制造设计。”
该团队正在使用哈佛大学 Capasso 小组开发的元光学来构建他们的超透镜。整个透镜由大约 200 nm 的薄膜组成，薄膜上刻有数亿个小孔——大约每微米 10 个孔（见图 1）。这些孔的直径范围为 20 至 80 nm，它们的直径从膜中心向外逐渐减小。根据孔的大小，入射光辐射会延迟并坍缩成一个微小的焦点。
功能证明是在格拉茨科技大学的实验物理研究所与 Martin Schultze 的小组一起完成的，该小组专门研究超短紫外线闪光。对于这个项目，他们创建了一个光源来产生与超光学波长相匹配的辐射。
真空引导极紫外光
该小组经历了一些“啊哈！” Ossiander 说，在此过程中，有人“意识到我们可以使用膜中的孔（真空）来引导波长约为 50 nm 的 EUV 光，就像人们几十年来一直在石英纤维中引导可见光一样”。“对最终镜头进行测试并第一次看到它聚焦光线是非常有益的——而且在我们投入其中的所有工作之后也是一种解脱。”
该小组面临的最大挑战之一是开发纳米加工配方。Ossiander 说：“这很困难，需要花费数年时间才能完成，因为与‘正常’超透镜使用的镜头相比，我们必须将镜头中的特征缩小 5 倍。” “哈佛大学 Capasso 小组的博士后研究员 Maryna Meretska 努力创造了我们的设备。有了我们开发的配方，我们现在可以更快地制造新的光学器件。下一个挑战将是进一步缩小特征以制造用于更短波长的光学器件。”
值得注意的是，这是 EUV 体系中唯一能够产生清晰焦点和图像的透射光学技术。“到目前为止，具有大数值孔径的 EUV 光学器件要么不可用，要么体积庞大，因此它们的成本高达数十万美元，”Ossiander 指出。“我们的技术使我们能够缩小这些光学器件并使其更容易制造，这可能有助于将 EUV 显微镜带入实验室。”
接近衍射极限
该团队现在正在探索他们能多接近衍射极限，以及是否有可能通过调整设计来提高透镜的效率。
“这是 EUV 的第一个通用光学技术，所以现在我们可以开始制造像全息图一样的光学器件，”Ossiander 说。“而且由于这些镜头能够将短（飞秒到阿秒）的光脉冲聚焦到微小的点上，因此它们非常适合构建显微镜，以更好地探索和理解下一代纳米光子学设备，例如集成光电子学和用于能量收集的等离子体设备”
虽然这项工作可能看起来是基础研究，但 EUV 如今已被用于为智能手机和计算机制造微芯片——该团队现在希望这项技术不仅能帮助突破基础研究的极限，还能超越半导体制造。
