中国科学院 激光束穿过KBBF晶体(顶部)和平面透镜(中间)的示意图；(b)蚀刻在CaF2衬底上的平面透镜的显微图像(插入:光学器件照片)；焦点的测量
用刀口扫描法测量了焦平面附近焦斑的实验轮廓
基于不同z切面上的轮廓，通过我们自制的算法获得真实斑点的横向(x和y方向)强度轮廓，然后产生由红色(x方向)和绿色(y方向)圆标记的斑点尺寸(FWHM)(d)微观图像和(e)在CaF2衬底上的石墨烯样品的扫描透射图像
信用:毛元浩、董钊、、张宏佳、、、、、乐贤杨、、、 如果真空紫外激光可以聚焦成一个小束点，它将允许研究介观材料和结构，并使制造纳米物体具有极好的精度
为了实现这一目标，中国科学家发明了一种177纳米的VUV激光系统，可以在长焦距处获得亚微米焦点
该系统可以重新装备，用于低成本的角度分辨光电发射光谱，并可能有益于凝聚态物理
二维量子材料的快速发展，如扭曲双层石墨烯、单层铜超导体和量子自旋霍尔材料，显示了重要的科学意义和广阔的应用前景
为了表征这些材料/器件的电子结构，ARPES通常用于测量由x光或真空紫外(VUV)光源照射的样品发出的电子的能量和动量
虽然基于x光的空间分辨ARPES由于波长相对较短而具有最高的空间分辨率(~100纳米)，但其能量分辨率通常一般(> 10兆电子伏)，这使得很难观察到许多新型量子材料中电子结构的细微细节
作为x光光源的补充，VUV激光光源可以提供更好的能量分辨率(~0
2兆电子伏)，更深的探测深度和更低的成本(与同步加速器光源相比)
然而，VUV光源的较长波长也降低了其空间分辨率(迄今为止通常为几微米)，使得它不足以表征小尺寸薄片样品或空间不均匀性(例如
g
磁性、电子或复合域)材料
在《光科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中，毛和他的同事开发了一个177纳米的激光系统，用于扫描光电发射显微术 与目前用于ARPES的具有空间分辨率的DUV激光源相比，177纳米VUV激光源可以帮助ARPES测量覆盖更大的动量空间并具有更好的能量分辨率，但是要使其具有优异的空间分辨率仍然存在许多挑战和困难: “首先，高折射率透镜存在严重的球面像差
第二，由于在VUV频率下的强吸收，只有非常有限的材料可以用于光学校正球面像差
第三，实际上很难检查入射光束的质量(准直性、均匀性和有效直径)和光学元件之间的对准，因为VUV光束是不可见的，所有的光学元件都必须放置在真空或充满惰性气体的密封腔中
" 该VUV激光聚焦系统包含五个功能部分:355 nm激光器、二次谐波产生级、光束整形级、偏振调节部分和平面透镜的聚焦元件
“为了避免球面像差，我们引入了平面衍射透镜，它可以通过微调来自多光束的干涉来实现光的紧密聚焦，”他们补充道
“这个VUV激光系统具有超长焦距(~45毫米)、亚微米空间分辨率(~760纳米)、超高能量分辨率(~0
3 meV)和超高亮度(~355 MWm-2)
可直接应用于光电发射电子显微镜(PEEM)、角分辨光电子能谱仪(ARPES)和深紫外激光拉曼光谱仪等科研仪器
目前，该系统已与上海理工大学的ARPES相连接，揭示了各种新量子材料的精细能带特征，如准一维拓扑超导体TaSe3、磁性拓扑绝缘体(MnBi2Te4)(Bi2Te3)m族等，”科学家总结说
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