超强激光科学卓越创新简报

(第七百零二期)

2025年9月2日

上海光机所在极短波长各向异性三维阵列分束调控取得进展

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研究团队联合哈尔滨工业大学研究团队首次实现极短波长各向异性三维阵列分束调控，解决了短波衍射成像和干涉传感的分束器受限问题。相关研究成果以“Anisotropically multiplanar-focal photon-sieve splitter from extreme ultraviolet to soft X-ray”为题发表于Optica。

自1895年发现x射线以来，高相干的短波光源和高性能的短波聚焦元件一直是限制x射线学发展的两大瓶颈。光子筛的出现为短波的高性能聚焦提供了不同于波带片的器件选择，其单焦特性无法满足短波衍射成像和干涉传感的技术需求。随着高相干短波光源问题的解决，更加迫切需要极短波长的分束器和合束器。

联合团队利用古希腊梯子序列结合优化算法设计了各向异性分束光子筛，实验中利用46.9nm激光照射光子筛，用PMMA记录衍射光场，再用原子力显微镜读取数据，最后通过数据反演成功获得各向异性三维阵列纳米级聚焦光斑，实验结果与理论计算一致。极短波长各向异性分束调控的实现为短波的结构光场、水窗段的活体生物细胞成像、激光等离子体的x射线干涉诊断、软x射线显微镜和相干衍射成像等拓展了新的发展空间。

该研究工作得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项A类等项目的支持。

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图1极紫外光的各向异性三维阵列分束实验示意图

图2极紫外光的实验结果(a,c)f=3.182mm单焦, (b,d)f=4.5mm双焦