德國(guó)赫姆霍茲中心（HZB）、德國(guó)聯(lián)邦物理技術(shù)研究院（PTB）和中國(guó)清華大學(xué)的加速器專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)共同合作，使用激光操縱PTB計(jì)量光源中的電子束，產(chǎn)生具有激光特征的高強(qiáng)度光脈沖。通過(guò)這一方法，同步加速器輻射源將有可能填補(bǔ)可用光源庫(kù)中的空白，解決光刻機(jī)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(shí)驗(yàn)設(shè)置是通過(guò)波蕩器中的激光調(diào)節(jié)存儲(chǔ)電子束，在存儲(chǔ)環(huán)中形成微聚束，并產(chǎn)生相干輻射。 （圖片來(lái)源：清華大學(xué)）

目前全球最先進(jìn)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(chǔ)環(huán)的同步輻射源中，電子束在存儲(chǔ)環(huán)中行進(jìn)數(shù)十億轉(zhuǎn)，產(chǎn)生快速連續(xù)明亮的光脈沖。同時(shí)，自由電子激光（FEL）中的電子束被線性加速，發(fā)出類(lèi)似激光的單次超亮閃光。近年來(lái)，存儲(chǔ)環(huán)光源和FEL光源技術(shù)促進(jìn)了生物和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的深刻見(jiàn)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(xiàng)研究起源于十年前由美國(guó)斯坦福大學(xué)著名加速器理論家 Alexander Chao和他的團(tuán)隊(duì)提出的“穩(wěn)態(tài)微聚束”（SSMB）原理。現(xiàn)在，來(lái)自PTB、HZB和清華大學(xué)的中德合作團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明能夠在同步輻射源中產(chǎn)生一種結(jié)合兩個(gè)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)的新脈沖模式。微聚束會(huì)在激光波長(zhǎng)及其高次諧波上輻射出高強(qiáng)度的窄帶寬相干光，通過(guò)探測(cè)該輻射可驗(yàn)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(zhǎng)的精度逐圈關(guān)聯(lián)起來(lái)，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(lái)極紫外（EUV）光刻機(jī)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(jī)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(diǎn)與FEL脈沖的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，可以產(chǎn)生具有聚焦、窄帶等新特性的強(qiáng)脈沖輻射。基于SSMB的EUV光源有望實(shí)現(xiàn)大的平均功率，并具備向更短波長(zhǎng)擴(kuò)展的潛力，為大功率EUV光源的突破提供全新的解決思路。

（譯：車(chē)薇娜 / 圖：PTB、清華大學(xué)）

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詞匯表：

synchrotron light source 同步加速器光源

Metrology Light Source（MLS） 計(jì)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