Китайские учёные из Синьцзянского технического института физики и химии Китайской академии наук (Xinjiang Technical Institute of Physics and Chemistry) разработали новый нелинейно-оптический кристалл ABF (фтороксоборат аммония, NH₄B₄O₆F). Этот материал решает проблему создания компактных источников вакуумно-ультрафиолетового (VUV) излучения. Ранее войти в этот диапазон без существенных затрат никто не смог, включая компанию ASML.
Источник изображения: SCMP
Открытие китайских учёных, которые потратили на него свыше 10 лет, может стать новой страницей в науке и технике. До сих пор лазер с длиной волны ниже 200 нм и выше 20 нм требовал синхротронного или плазменного источника. Это установки промышленного масштаба, тогда как китайский твердотельный лазер на кристалле ABF помещается на рабочем столе.
Учёные сообщили об открытии в одном из последних выпусков журнала Nature. Они продемонстрировали, как благодаря уникальному сочетанию свойств новая разработка позволяет преодолеть старые массогабаритные аппаратные ограничения, обеспечивая высокую прозрачность в VUV-диапазоне, сильный нелинейный коэффициент и достаточную для фазового согласования преломляемость.
С помощью технологии удвоения частоты (на второй гармонике) учёные впервые получили лазерный луч на рекордно короткой длине волны 158,9 нм — это самый короткий зарегистрированный результат для твердотельного лазера. Кроме того, система достигла максимальной энергии импульса в наносекундном режиме 4,8 мДж (на 177,3 нм) при пиковой эффективности преобразования до 7,9 %. Эти показатели делают ABF самым эффективным и мощным твердотельным источником VUV-излучения на сегодняшний день. В своё время компания ASML пыталась создать плазменный лазер с длиной волны 158 нм, но после многих лет экспериментов отказалась от этой затеи.
Преимущества ABF-кристалла перед предшественниками огромны: полностью твердотельная конструкция делает лазер компактным (размером с настольный прибор), снижает стоимость производства и обслуживания, повышает стабильность и срок службы. В отличие от газовых эксимерных лазеров или синхротронных источников, ABF не требует токсичных веществ (как бериллий в KBBF) и работает без огромных вакуумных установок размером с комнату. Это открывает путь к доступным и достаточно мощным VUV-лазерам для повседневных и научных применений.
Потенциальные области использования включают сверхточную обработку материалов, инспекцию и производство полупроводников (включая литографию и контроль качества чипов), квантовые вычисления, спектроскопию сверхпроводников, изучение химических реакций и космические технологии.