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3月9日发表在光学专业期刊《Advanced Photonics Nexus》上，由中国科学院研究团队完成，为半导体制造技术提供了新的可能性，或打开我国光刻机技术全新突破口！
这是一个只有办公桌大小的光学平台，诞生了一种能在半导体晶圆上"雕刻"纳米级精细图案的"光笔"——而这支"光笔"还能像魔法一样产生螺旋状的光束，可以让光刻技术精度再上新台阶！
为什么这项突破如此重要？
你手中的智能手机、电脑，甚至家用电器中的芯片，都离不开一种叫做"光刻"的技术。光刻就像是用光在硅片上"画画"，将极其精细的电路图案印刻到晶圆上。而这种"画画"的精度，很大程度上取决于所用光源的波长——波长越短，能刻画的线条就越细，芯片上能塞进的晶体管就越多。
193纳米波长正是当今先进光刻技术的标准波长。但传统的193纳米光源主要依赖体积庞大、能耗高的准分子激光器，不仅造价昂贵，维护成本也高得惊人。
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别出心裁，打造了一套既紧凑又高效的固态激光系统。这个系统不仅能产生193纳米的深紫外激光，更首次实现了这一波长的涡旋光束生成！
那么什么是"涡旋光束"？为什么它如此特别？
普通的激光光束像一根笔直的棍子，而涡旋光束则像一个拧麻花的绳子，光波绕着传播方向旋转，携带着所谓的"轨道角动量"。这种特殊的光束结构，可以在光刻过程中提供更多的信息维度，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看起来很复杂，实际上不简单，完全是一场的变形秀：
1、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；
2、这束光随后分成两路：一路经过两次"倍频"变魔术，波长从1030纳米→515纳米→258纳米，另一路通过"光参量放大"技术，转变为1553纳米激光；
3、当258纳米和1553纳米的光在特殊的LBO晶体中相遇，它们"合体"生成221纳米的光；
4、221纳米的光再与剩余的1553纳米光再次"合体"，最终变成了193纳米的深紫外激光。
整个过程就像一场精心设计的接力赛，每一步都恰到好处。而最神奇的是，通过在1553纳米光束中插入一个"螺旋相位板"，研究团队成功让最终的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——这些数据意味着它具有极高的相干性和稳定性，完全可以作为ArF准分子激光的种子光源，大幅提升后者的光束质量。
更让人兴奋的是，通过简单调整螺旋相位板的参数，科学家们可以轻松控制涡旋光束的拓扑电荷（决定旋转强度的参数），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
这项技术不仅对半导体光刻至关重要，在先进掩模检测、晶圆加工、缺陷检查等领域也有巨大潜力。涡旋光束的独特特性，还可能在量子通信、光学微操作等前沿领域开辟新天地。
然而，这项技术也存在一些局限。目前系统的光转换效率约为0.55%，从1030纳米到193纳米的过程中损失较大。同时，涡旋光束在非线性晶体中传输时会出现不可避免的畸变，影响最终的光束质量。
研究团队表示，通过提高1030纳米泵浦激光的功率，以及使用更高非线性系数的晶体，193纳米激光的输出功率有望达到瓦级，而涡旋光束质量也可通过优化光路设计进一步提升。
这项研究不仅展示了我国在深紫外激光技术领域的创新能力，也为推动半导体制造技术进步提供了新思路。正如研究团队所言，这套紧凑的激光系统及其独特的涡旋光束特性，将为众多领域的应用开辟新的可能性。
让我们期待中国科学家在这一领域的更多突破！
参考文献：
Zhang, Z., Heng, X., Wang, J., Chen, S., Wang, X., Tong, C., Li, Z., & Xuan, H. (2025). Compact narrow-linewidth solid-state 193-nm pulsed laser source utilizing an optical parametric amplifier and its vortex beam generation. Advanced Photonics Nexus, 4(2), 026011. DOI: 10.1117/1.APN.4.2.026011
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