超强激光科学卓越创新简报
(第五百六十三期)
2024年10月16日
上海光机所在46.9nm波段首次实现分束涡旋调控与干涉检测
近期，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室张军勇副研究员联合哈尔滨工业大学赵永蓬教授课题组和上海理工大学詹其文教授课题组，首次完成46.9nm波段分束涡旋调控与干涉检测的实验验证，为更短波长的结构分束调控以及软X射线阵列结构成像开辟了可行的技术途径。相关成果以“Vortex bifocusing of extreme ultraviolet using modified Fermat-spiral photon-sieve splitter”为题，发表于Nanophotonics。
菲涅耳波带片于二十世纪六十年代成功应用于x射线聚焦，2001年光子筛的出现为短波的高性能聚焦提供了不同于传统波带片的器件选择。涡旋光因携带轨道角动量，其螺旋形相位波前致使中心具有相位奇点从而产生中空光束，这在粒子操控、光通信、量子信息处理、高分辨显微成像等领域具有重要的潜在应用价值。
原理上各类螺旋线均能产生类似的涡旋光场，基于这一指导思想，研究人员设计了用于波长46.9nm涡旋分束的改进型费马螺旋光子筛。在气体放电等离子体极紫外46.9nm激光实验中成功获得两个拓扑荷相反的分束涡旋光斑，图1给出了46.9nm涡旋聚焦实验结果，图2显示了分束的两个涡旋光与参考光的干涉结果，单叉丝说明涡旋光的拓扑荷为1，叉丝方位角反映了涡旋光互为相反的手性。自支撑异形光子筛因为天然的镂空结构，特别适用于短波段的结构分束调控，这为未来软X射线分束涡旋调控与干涉、高次谐波阿秒光的结构调控与阵列传感成像提供了新的发展契机。
相关工作得到国家自然科学基金、上海市青年科技英才扬帆计划和中国科学院战略性先导科技专项A类项目的支持。
图1波长46.9nm分束涡旋的聚焦实验，(a)光路示意图，(b)涡旋聚焦光斑，(c)半值全宽。
图2波长46.9nm分束涡旋的干涉测量，(a-b)仿真结果，(c)实验结果。
