德國赫姆霍茲中心（HZB）、德國聯(lián)邦物理技術(shù)研究院（PTB）和中國清華大學(xué)的加速器專家團隊共同合作，使用激光操縱PTB計量光源中的電子束，產(chǎn)生具有激光特征的高強度光脈沖。通過這一方法，同步加速器輻射源將有可能填補可用光源庫中的空白，解決光刻機研發(fā)中最核心的難題。該研究成果于近期發(fā)表在Nature雜志上。

圖：實驗設(shè)置是通過波蕩器中的激光調(diào)節(jié)存儲電子束，在存儲環(huán)中形成微聚束，并產(chǎn)生相干輻射。

 （圖片來源：清華大學(xué)）

目前全球最先進的研究光源都是基于粒子加速器。在加速器中，電子被加速到接近光速，并發(fā)出具有特殊特征的光脈沖。在基于存儲環(huán)的同步輻射源中，電子束在存儲環(huán)中行進數(shù)十億轉(zhuǎn)，產(chǎn)生快速連續(xù)明亮的光脈沖。同時，自由電子激光（FEL）中的電子束被線性加速，發(fā)出類似激光的單次超亮閃光。近年來，存儲環(huán)光源和FEL光源技術(shù)促進了生物和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的深刻見解以及材料研究、技術(shù)研發(fā)和量子物理學(xué)等領(lǐng)域的快速發(fā)展。

該項研究起源于十年前由美國斯坦福大學(xué)著名加速器理論家 Alexander Chao和他的團隊提出的“穩(wěn)態(tài)微聚束”（SSMB）原理?，F(xiàn)在，來自PTB、HZB和清華大學(xué)的中德合作團隊已經(jīng)證明能夠在同步輻射源中產(chǎn)生一種結(jié)合兩個系統(tǒng)優(yōu)點的新脈沖模式。微聚束會在激光波長及其高次諧波上輻射出高強度的窄帶寬相干光，通過探測該輻射可驗證微聚束的形成，由此證明了電子的光學(xué)相位能以短于激光波長的精度逐圈關(guān)聯(lián)起來，使得微聚束可被“穩(wěn)態(tài)”地保持。

SSMB光源的潛在應(yīng)用之一是作為未來極紫外（EUV）光刻機的光源，光刻是集成電路芯片制造中復(fù)雜和關(guān)鍵的工藝步驟，光刻機是芯片產(chǎn)業(yè)鏈中必不可少的精密設(shè)備。SSMB光源將同步加速器光的優(yōu)點與FEL脈沖的優(yōu)點結(jié)合在一起，可以產(chǎn)生具有聚焦、窄帶等新特性的強脈沖輻射。基于SSMB的EUV光源有望實現(xiàn)大的平均功率，并具備向更短波長擴展的潛力，為大功率EUV光源的突破提供全新的解決思路。

原文版權(quán)歸PTB、HZB和清華大學(xué)研究團隊所有。

詞匯表：

synchrotron light source 同步加速器光源

Metrology Light Source（MLS） 計量光源

particle accelerator 粒子加速器

electron bunch 電子束

free-electron lasers (FELs)  自由電子激光

coherent radiation 相干輻射

Steady-State Microbunching (SSMB) 穩(wěn)態(tài)微聚束

EUV lithography 極紫外光刻