解决国内光刻机的技术瓶颈，是香港城市大学电机工程系教授蔡定平团队近期一项工作的研究初衷。其研发出一款新型真空紫外光超构透镜，可用于半导体制作、光化学、材料科学等，所产生的聚焦真空紫外光源，也能广泛用于微纳光刻等高端工业领域。未来延伸到更短波长之后，可用于光刻机。

▲图 | 左为陈沐谷博士、右为蔡定平教授（来源：课题组）

这款基于真空紫外光的新型非线性超构透镜，能同时产生和聚焦真空紫外光，直径为 45 微米。它可通过二次谐波产生过程，将波长 394 纳米的紫外光、转为波长 197 纳米的真空紫外光，并能将转换后的真空紫外光聚焦，聚焦之后的光斑直径小于 200 万分之 1 米。

（来源：Science Advances）

根据美国莱斯大学合作者的测试，相比超构透镜表面的平均功率密度，聚焦光点的功率密度可提高 21 倍。

概括来说，该课题组首次发现、并提出真空紫外非线性超构透镜的新概念。针对传统真空紫外器件材料吸收强、系统体积大、复杂度高等问题，这款超构透镜将其一举攻克，借此为非线性真空紫外产生和所产生光的聚焦，提供了一种高度紧凑的解决方案，并且无需额外的光学元件。

详细来说，真空紫外光的波长范围通常为 100 至 200 纳米。由于它的光子能量高，以及鉴于光和物质的相互作用更强，所以真空紫外辐射能广泛用于材料表征与加工、生物技术等。

但在目前仍然面临两大缺乏：低损耗的光学元件、紧凑型的相干光源。这直接导致该波长范围内的新应用无法更快“诞生”。而几乎所有用于传统镜片的玻璃类型，都不适用于真空紫外光，因为它们在 100 至 200 纳米的波长范围内具有很强的吸收力。

（来源：Science Advances）

在当下，只有氟化钙和氟化镁等少数材料，可被用于真空紫外透射型透镜。然而这些材料相对脆弱，限制了薄透镜的实际制造和设计。另外，尽管反射光学可以消除强真空紫外吸收，但却显著增加了真空紫外系统的体积和复杂度。

说到这里，就得介绍一下相干真空紫外光源，其历来是一种大型的固定波长准分子激光器，需要较大的实验室占地面积、以及大量气体处理设备。

此前，人们将固态激光光源与非线性光学过程结合，让相干真空紫外光的研究得以拓展。其中，从稀有气体蒸汽中的级联三倍频、到产生高度级联谐波的这一过程，是将低光子能量相干光源转换为更高光子能量光源的有效方法。

在更高效率的上转换过程里，非线性光学晶体中的二次谐波产生，会严重受制于真空紫外波长的相位匹配以及光吸收。因此，要想进一步利用电磁光谱区域，亟需新型真空紫外光的产生和调控方法。

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