重大突破！中国科学家首次实现193纳米固态激光涡旋光束生成！

这一突破性成果于3月9日发表在光学专业期刊《Advanced Photonics Nexus》上。中国科学院研究团队完成的这项成果，为半导体制造技术提供了新可能，或打开我国光刻机技术全新突破口。光刻技术对芯片制造至关重要，而光源波长决定了光刻精度。193纳米波长是先进光刻技术的标准波长，但传统光源存在诸多问题。中国科学家打造了紧凑高效的固态激光系统，首次实现了193纳米波长的涡旋光束生成。

为什么这项突破如此重要？

我们日常使用的电子设备中的芯片，都离不开光刻技术。光刻就像用光在硅片上“画画”，精度取决于光源波长。193纳米波长是当今先进光刻技术的标准波长，然而传统的193纳米光源依赖体积庞大、能耗高的准分子激光器，造价和维护成本都很高。光刻技术的精度提升对于芯片性能的提升有着关键作用，而新的激光系统有望解决传统光源的问题，推动光刻技术发展。

中国科学家的创新

中国科学院航天信息研究院广州分院的团队打造了一套紧凑高效的固态激光系统。该系统不仅能产生193纳米的深紫外激光，还首次实现了这一波长的涡旋光束生成。涡旋光束与普通激光光束不同，它像拧麻花的绳子，光波绕着传播方向旋转，携带“轨道角动量”，能在光刻过程中提供更多信息维度，实现更精细的图案刻画。

1030纳米到193纳米的魔幻旅程

这个激光系统的工作原理较为复杂。起点是一束1030纳米的近红外激光，由研究团队自制的Yb:YAG晶体放大器产生。这束光随后分成两路，经过一系列复杂的光学变换，最终变成193纳米的深紫外激光。最神奇的是，通过插入“螺旋相位板”，成功让最终的193纳米光束携带了轨道角动量，变成了涡旋光束。

性能超出预期

这套系统产生的193纳米激光功率达到70毫瓦，脉冲重复率为6千赫兹，线宽小于880兆赫兹，具有极高的相干性和稳定性，可作为ArF准分子激光的种子光源，大幅提升后者的光束质量。通过调整螺旋相位板的参数，还能轻松控制涡旋光束的拓扑电荷，为各种应用提供定制化的光束特性。

应用前景广阔，但仍有一些局限

这项技术对半导体光刻至关重要，在其他领域也有巨大潜力，还可能在量子通信等前沿领域开辟新天地。不过，目前系统的光转换效率约为0.55%，在转换过程中损失较大，且涡旋光束在非线性晶体中传输时会出现畸变，影响光束质量。研究团队表示，通过提高泵浦激光功率等方式，有望提升193纳米激光的输出功率和涡旋光束质量。