德國赫姆霍茲中心（HZB）、德國聯邦物理技術研究院（PTB）和中國清華大學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，解決光刻機研發中最核心的難題。該研究成果于近期發表在Nature雜志上。

圖：實驗設置是通過波蕩器中的激光調節存儲電子束，在存儲環中形成微聚束，并產生相干輻射。 （圖片來源：清華大學）

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，并發出具有特殊特征的光脈沖。在基于存儲環的同步輻射源中，電子束在存儲環中行進數十億轉，產生快速連續明亮的光脈沖。同時，自由電子激光（FEL）中的電子束被線性加速，發出類似激光的單次超亮閃光。近年來，存儲環光源和FEL光源技術促進了生物和醫學領域的深刻見解以及材料研究、技術研發和量子物理學等領域的快速發展。

該項研究起源于十年前由美國斯坦福大學著名加速器理論家 Alexander Chao和他的團隊提出的“穩態微聚束”（SSMB）原理。現在，來自PTB、HZB和清華大學的中德合作團隊已經證明能夠在同步輻射源中產生一種結合兩個系統優點的新脈沖模式。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相位能以短于激光波長的精度逐圈關聯起來，使得微聚束可被“穩態”地保持。

SSMB光源的潛在應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雜和關鍵的工藝步驟，光刻機是芯片產業鏈中必不可少的精密設備。SSMB光源將同步加速器光的優點與FEL脈沖的優點結合在一起，可以產生具有聚焦、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。

（譯：車薇娜 / 圖：PTB、清華大學）

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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) 穩態微聚束

EUV lithography 極紫外光刻