1 张江实验室，上海 201210
2 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室，上海 201800
3 上海科技大学，上海 201210
超强超短激光在空间上具有大口径、在时间上具有短脉冲，因此极易产生时空耦合效应，例如脉冲前沿畸变，使得脉冲前沿和相位前沿发生时空分离，通常表现为脉冲前沿倾斜或弯曲，不利于获得预期的高聚焦光强。但当这种脉冲前沿畸变（控制）用于产生X形光波包时，却增加了一维全新的自由度，实现了光波包群速度和群加速度的自由控制，可获得超光速、亚光速、加速、减速，甚至动态可控的群速度。通过综述脉冲前沿畸变（控制）在超强超短激光中的不良影响和在X形光波包中的特殊效果，旨在为同一光学现象在不同研究方向间的交叉应用提供些许思考。
时空耦合 脉冲前沿 相位前沿 X形光波包 群速度 群加速度 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0500001
1 中国科学技术大学物理学院，安徽 合肥 230026
2 中国科学院上海光学精密机械研究所，强场激光物理国家重点实验室，中国科学院超强激光科学卓越中心，上海 201800
3 扬州大学物理科学与技术学院，江苏 扬州 225009
4 上海科技大学物质科学与技术学院，上海 200031
逆康普顿散射源是利用高能电子束和强激光对撞产生高能辐射的光源。传统电子加速器作为电子源的逆康普顿散射源体积庞大，难以推广。而新型的激光等离子体电子加速器具有更高的加速梯度，具备小型化的发展潜力。全光逆康普顿散射源就是一种基于激光等离子体电子加速器实现的小型化高能辐射源，具有更短脉宽、更高亮度的辐射输出，应用前景十分广阔。首先，总结了全光逆康普顿散射源在提高亮度、能量和单能性等方面的优化研究进展，并分析了设计重点；最后，介绍了全光逆康普顿散射源在基础科学研究、工业和生物医学领域的典型应用。
超快激光 激光等离子体电子加速 全光逆康普顿散射源 新型辐射源
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料科学与光电工程中心，北京 100049
3 张江实验室，上海 201210
利用百太瓦级激光系统在氖气（Ne）中得到基于高次谐波产生的极紫外脉冲。通过松聚焦结构在13 nm波段产生单级次单脉冲能量为13.5 nJ（13.1 nm波长）和11.1 nJ（13.5 nm波长）的高次谐波辐射，转换效率为和，谐波发散角的半高全宽为0.32 mrad和0.33 mrad。对含时薛定谔方程进行数值求解，得到单原子偶极发射谱，结合麦克斯韦方程组模拟传播效应，同时考虑气体对谐波的吸收效应，理论模拟得到的信号强度随气压和光强的变化趋势与实验结果基本符合。实现相位匹配的谐波光束质量很好，纵向空间分布为高斯型。结合相位匹配条件和空间分布的分析得到了目前激光参数下的最优相位匹配条件。这种基于高次谐波机制的高能量相干极紫外光源在作为自由电子激光的种子光源以及超快非线性实验和半导体工业检测等方面具有广阔的应用前景。
极紫外 高次谐波 相位匹配 空间分布
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of High Field Laser Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics and CAS Center for Excellence in Ultra-intense Laser Science, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Laser Fusion Research Center and Science & Technology on Plasma Physics Laboratory, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621999, China
The characteristics of plasmas play an important role in femtosecond laser filament-based applications. Spectroscopic analysis is used to experimentally investigate the plasma density and its temperature of the air filament under different pulse repetition rates. In our experiments, the measured average plasma density of the filament is and the temperature of the plasma is about 5100 K under 100 Hz pulse repetition rate. The plasma density decreases to and the temperature increases to 6230 K as the pulse repetition rate increases to 1000 Hz. The experimental observation agrees with the numerical simulation by solving the nonlinear Schrödinger equations with repetition rate related “low density hole” correction.
femtosecond laser filamentation cumulative effects electron density Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 013201
1 1.中国科学院大学, 北京100049
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海200050
3 3.中国科学院 上海光学精密机械研究所, 上海 201800
极紫外(Extreme ultra-violet, EUV)光刻机光源主要采用激光产生等离子体技术, 用高功率激光轰击锡液滴靶产生13.5 nm波长的EUV光。其中, 基于逆压电效应的压电式高温锡液滴喷射元件是获取高重频高温锡液滴靶的关键部件。本项工作突破了耐250 ℃高温微细压电陶瓷管的组成设计和精细制备, 以及高温锡液滴喷射元件的结构设计和封装等关键技术, 成功研制了压电式高温液滴喷射元件。并通过自主搭建高温锡液滴靶光学检测平台, 基于此高温液滴喷射元件实现了重复频率20 kHz, 直径~100 μm的高温锡液滴靶的稳定输出。
极紫外光刻 微细压电陶瓷管 高温液滴发生器 高温压电陶瓷 EUV lithography micro piezoelectric ceramic tube piezoelectric high-temperature nozzle high- temperature piezoelectric ceramic
1 中国科学院上海光学精密机械研究所超强激光科学与技术重点实验室，上海 201800
2 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室，上海 201800
3 中国科学院大学，北京 100049
4 中国科学院上海光学精密机械研究所精密光学工程部（筹），上海 201800
锡液滴发生器是激光等离子体型极紫外（LPP-EUV）光刻光源中最重要的核心部件之一。光刻光源要求锡液滴靶具备高重复频率、小直径且稳定性好的特性。综述了中国科学院上海光学精密机械研究所EUV光源团队近年来在液滴发生器方面的研究进展，包括液滴直径、重复频率、间距、位置和稳定性等。现阶段研制的锡液滴发生器，在100 kHz频率下喷射的锡液滴直径约为40 μm，间距约为230 μm，工作时长接近5 h。锡液滴在10 s短时间内，竖直和水平方向的位置不稳定性分别约为2 μm和1 μm。未来锡液滴的可用性性能（如液滴直径、工作时长和长时间的位置稳定性）还需进一步提升。
极紫外 光刻光源 液滴发生器 锡液滴 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2314001
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海市现代光学系统重点实验室，上海 200093
2 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室，上海 201800
3 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室，上海 201800
为实现石英玻璃的快速密封焊接，本文提出了一种利用皮秒激光进行两步扫描的焊接方法，首先利用较高能量脉冲快速扫描，在玻璃界面形成初步焊接，再利用较低能量脉冲慢速扫描，扩大熔池体积。在焊接强度和密封性能等方面，将两步扫描焊接与传统单步扫描焊接进行了对比，结果表明：两步扫描焊接样品具有更高的焊接强度（平均剪切强度达到了45 MPa），同时可实现更好的密封效果。为了探究不同间隙宽度下玻璃焊接强度的变化，通过滴加含不同直径SiO2微球的分散液增大玻璃间隙，结果发现两步扫描方法可以对间隙超过27 μm的石英玻璃进行一定强度的焊接（剪切强度为2.4 MPa）。基于此方法，成功实现了石英玻璃的高强度快速密封焊接，并利用单一皮秒激光扫描平台演示了微通道的快速制备和封装。
激光技术 玻璃连接 密封焊接 两步扫描 微通道封装 皮秒激光 中国激光
2023, 50(20): 2002101
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学杭州高等研究院物理与光电工程学院，浙江 杭州 310024
3 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
太赫兹源是太赫兹科学技术发展和相关应用研究的基础。超快激光为太赫兹的产生和探测提供了稳定、可靠的激发光源。超快激光泵浦各种激发介质可以产生太赫兹波，激发介质主要有4类：1）固体介质，如光电导天线、晶体等；2）气体介质，如空气；3）液体介质，如液态水、液态镓、液氮等；4）等离子体介质，如钛薄膜、金属铜箔。太赫兹场强的进一步提高催生了人们对强场太赫兹与物质的相互作用以及太赫兹非线性光谱学的研究，太赫兹不仅能作为探测物性的手段，其发射光谱亦可以实现对材料中非平衡态载流子与晶格、自旋等有序度的强耦合。本文综述了超快激光激发数种不同类型介质产生太赫兹源的国内外研究发展历程，包括其工作原理以及目前存在的问题，总结了目前强场太赫兹波在物态调控方面的应用，以及太赫兹时间分辨光谱在新型物态探测方面的应用，最后展望了太赫兹源未来的发展趋势和应用前景。
激光技术 超快激光 强场太赫兹波 物态调控 中国激光
2023, 50(17): 1714005
Author Affiliations
Abstract
1 School of Microelectronics, Shanghai University, Shanghai 200072, China
2 Department of Precision Optics Engineering, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
Overlay (OVL) for patterns placed at two different layers during microchip production is a key parameter that controls the manufacturing process. The tolerance of OVL metrology for the latest microchip needs to be at nanometer scale. This paper discusses the influence on the accuracy and sensitivity of diffraction-based overlay (DBO) after developing inspection and after etching inspection by the asymmetrical deformation of the OVL mark induced by chemical mechanical polishing or etching. We show that the accuracy and sensitivity of DBO metrology can be significantly improved by matching the measuring light wavelength to the thickness between layers and by collecting high-order diffraction signals, promising a solution for future OVL metrology equipment.
diffraction-based overlay overlay metrology accuracy lithography semiconductor microchip Chinese Optics Letters
2023, 21(7): 071204
1 中国科学院上海光学精密机械研究所 强场激光物理国家重点实验室，上海 201800
2 国科大杭州高等研究院 物理与光电工程学院，浙江 杭州 310024
3 中国科学院大学 材料与光电研究中心，北京 100049
4 华中科技大学 光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
准二维Ruddlesden?Popper（R?P）卤化物钙钛矿具有优越的光电特性，在太阳能电池、发光二极管、激光器等光电器件中受到广泛关注，但严重影响载流子的弛豫和传输特性的激子?声子之间的相互作用还未得到充分揭示。与广泛研究的三维钙钛矿结构相比，准二维钙钛矿存在天然形成的量子阱结构，具有更大的激子结合能，激子效应更加明显，但对其激子?声子相互作用的研究仍然较少。因此，我们通过溶液法制备了准二维R?P型钙钛矿（PEA）2Csn-1PbnBr3n+1薄膜，其增益系数高达~1 090.62 cm-1，获得了低阈值（~12.48 μJ/cm2）的放大自发辐射。基于此，我们通过变温荧光光谱（77~300 K）和瞬态吸收光谱技术研究了（PEA）2Csn-1PbnBr3n+1薄膜随温度变化的发光特性，以阐述其内部的激子?声子相互作用对其发光性能的影响。发现在低温域内（77~120 K），由激子?声子相互作用引起的带隙变化相对较弱，晶格热膨胀占主导地位；随着温度升高，激子?声子相互作用对带隙变化产生较大影响。另一方面，激子?声子相互作用会促使发光光谱线宽加宽，但我们在77~120 K的温度范围内观察到了反常线宽变窄现象，这归因于由局域化效应引起的多量子阱中的能量转移机制；直到120 K之后，激子?声子相互作用引起的谱线加宽才足以逆转这一趋势。本文对准二维钙钛矿的激子?声子相互作用的研究对于提高准二维钙钛矿光学性能及其发光应用具有指导价值。
激子-声子相互作用 准二维钙钛矿 光谱加宽 局域化效应 exciton-phonon interaction quasi-2D perovskite spectral broadening localization effects
