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基于极远紫外线的光学相干断层扫描技术

发布:HPLSElaser    |    2017-10-18 23:08    阅读:613
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德国耶拿大学的研究人员使用高次谐波的极远紫外(XUV)辐射源实现了具有纳米级轴向分辨率的三维非破坏性成像,即将极远紫外线用于实验室规模的光学相干断层扫描(OCT)。


图为德国弗里德理席勒•耶拿大学(简称耶拿大学)光学与量子电子学研究所的Silvio Fuchs。图片来源:Jan-Peter Kasper/德国耶拿大学。

OCT中的XUV可以使用较短的辐射波长(20nm至40nm),以获得高分辨率的图像。耶拿大学研究团队的数据显示,20nm至40nm的波长仅仅是X射线波长范围内很小的一部分。

研究人员已在大型研究装置中演示了使用XUV的OCT。他们发现了一种将其应用于更小范围的潜在方法:使用超短波的强红外激光。该种激光可以在惰性气体(如氩气或氖气)中聚焦。

研究员Silvio Fuchs表示:“气体中的电子通过电离加速后发射出XUV辐射。”该种方法虽然效率低下,但可以使用功率极高的激光作为光源。

因此,用于实验室规模XUV的高次谐波发生(HHG)源的宽频光子通量能够被有效利用,以实现24nm的深度分辨率以及优良的材料对比性。研究人员使用一种新型三阶一维相位检索算法,以避免使用XUV时对光学元件的要求过高,并抑制了由基本几何形状形成的假象。此外,研究人员还通过使用反射镜记录图像,对半导体样品进行了分析。

Fuchs表示:“类似德国汉堡电子同步粒子加速器的大型设备,通常是产生XUV的必要条件。因此该研究既复杂又昂贵,只有少数研究人员可以完成。”然而该方法的优点在于辐射与样品能够产生强烈的相互作用,以获得高对比度、清晰的图像。

Fuchs解释道:“例如,我们已通过非破坏性的方式获得了硅芯片的三维图像,因此能够将基底与其他材料的结构清晰地分开。如果将该方法应用于生物学研究,研究细胞时将不再需要对样品染色,与在其他高分辨率显微镜下的常规做法一致,这也是我们的目标之一。而碳、氧、氮等元素的本身便会形成对比性。”

研究人员认为,未来的激光器将降低测量时间,并能够打开极远紫外相干断层扫描(XCT)的水窗波段,使生物材料的轴向分辨率达到3nm。

Fuchs补充道:“对于我们目前可以使用的光源,可以实现24nm的深度分辨率。虽然这足以获得较小结构的图像,例如半导体结构,但未来芯片的尺寸会越来越小。然而,如果使用全新的甚至是功率更大的激光器,则可能实现高达3nm的深度分辨率。原则上我们可以在实验室规模下使用该种方法。”

研究团队潜在的长期目标为开发出经济且用户友好型的设备,并将激光器与显微镜相结合,因此半导体行业以及生物实验室便能够轻松使用该种成像技术。

来源:https://www.photonics.com/Article.aspx?AID=62356&PID=1&VID=142&IID=975

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