Группа исследователей из Синьцзянского технического института физики и химии завершила десятилетнюю работу, результатом которой стало создание уникального оптического кристалла — фтороксобората аммония (ABF). Этот материал стал основой для первого в мире компактного твердотельного лазера, генерирующего излучение в вакуумно-ультрафиолетовом диапазоне с длиной волны 158,9 нанометров. Установка, способная уместиться на лабораторном столе, официально представлена в публикации научного журнала Nature. Ранее получение подобного излучения требовало использования масштабных синхротронных комплексов или плазменных систем, занимавших целые технологические помещения.
Причины многолетних ограничений
Проблема заключалась в отсутствии подходящего материала-преобразователя. Для генерации VUV-излучения методом удвоения частоты необходим кристалл с исключительным сочетанием свойств: высочайшей прозрачностью в нужном спектральном диапазоне, мощным нелинейным откликом и строго определёнными фазовыми характеристиками. Существующие материалы, такие как кристалл KBBF, содержащий токсичный бериллий, не удовлетворяли комплексу требований для создания надёжных, безопасных и компактных устройств. Крупнейшие технологические корпорации, включая лидера литографии ASML, ранее предпринимали попытки разработки альтернативных источников VUV, но были вынуждены свернуть проекты из-за их чрезвычайной технической сложности и экономической нецелесообразности.
Предложенное технологическое решение
Китайские учёные синтезировали и вырастили кристалл ABF, лишённый ключевых недостатков предшественников. Его химическая формула NH₄B₄O₆F не включает опасных элементов, а кристаллическая структура обеспечивает необходимое сочетание оптических параметров. На практике это позволило реализовать принцип нелинейного преобразования частоты внутри компактного твердотельного лазера. Экспериментальный образец продемонстрировал не только рекордную длину волны, но и высокую эффективность: на длине 177,3 нм была достигнута энергия импульса 4,8 мДж с КПД преобразования почти 8%. Техническое решение обходится без громоздких систем вакуумирования, сложной газовой начинки и гигантских электропитающих установок.
Итоговые перспективы и потенциальные последствия
Появление доступного настольного источника вакуумного ультрафиолета открывает возможности для трансформации ряда отраслей. В перспективе ближайших лет технология может быть адаптирована для задач литографии следующего поколения и прецизионного контроля качества при производстве полупроводниковых пластин. Компактность и надёжность конструкции создаёт предпосылки для интеграции подобных лазеров в космические миссии для дистанционного анализа атмосфер или в портативные спектрометры нового класса.
Таким образом, разработка знаменует собой переход от эпохи гигантских VUV-источников, доступных лишь крупным научным центрам, к фазе демократизации критически важного спектрального диапазона. Кристалл ABF выступает не просто научной сенсацией, а технологическим ключом, способным ускорить исследования в физике, химии, материаловедении и стимулировать инновации в высокотехнологичном промышленном производстве.