“常院士,这是……?”栾文杰环顾四周,有些不解。
相比旁边关乎国家半导体命脉的光刻机测试,这里的设备显得过于“普通”了。
“一项纯光学的……原理性验证实验。”常浩南言简意赅,目光落在栗亚波身上,“我们准备了快半年,最近才真正具备了测试条件。”
“纯光学?验证什么?”栾文杰心中的疑惑更甚。
“很快您就知道了。”常浩南依旧卖了个关子,示意栾文杰耐心观看,目光也投向了栗亚波的操作。
只见栗亚波最后确认了一下所有光学元件的共轴性,然后极其小心地将一块巴掌大小、表面布满极其细微黑白条纹的金属板插入一个特制的靶标架中,并微调了一下位置和角度。
接着走到控制电脑前,手指在键盘上快速敲击了几下。
嗡……
一声轻微的启动声,位于平台一端的光源被点亮。
霎时,一束鲜艳夺目的红色激光束激射而出,经过扩束准直后变成一道直径大约几个毫米的平行红光,射入中间黑色的遮光罩内。
而当光线从另一端射出时,已经略带上了一丝难以察觉的模糊感。
最终,这束光线投射在数米开外的精密成像屏上,形成一个边界柔和的光斑。
“红光?”栾文杰有些惊愕地低呼出声,“还是可见光?”
在他的认知里,要突破极限,理应使用波长更短的紫外光甚至极紫外光才对。
常浩南似乎早料到他有此一问,平静地解释道:
“我们要测试的,是一个理论上‘不可能’被传统透镜实现的结果……如果使用波长太短的光,那么……对测试系统本身的精度和噪声要求会很高,甚至大概率无法测出有效结果。”
他这边话音刚落,一直紧盯电脑屏幕的栗亚波已经抬起头:
“找到了。”
从他的脸上看不出太多情绪,但声音有些发颤:
“成像清晰!我找到靶标的成像结果了!”
“快!”
常浩南立刻上前几步,接替栗亚波坐到了显示器前面。
栾文杰也按捺不住好奇,迅速凑到旁边。
屏幕上显示的并非什么复杂的电路,而是一系列明暗相间、等宽等距的竖条纹图案。
条纹边缘锐利,对比度极高。
他快速搜索了一下脑海中的知识,并没有想起来符合当前场景的答案。
但看着面前师生二人的这副架势,已经能冥冥中感觉到,眼前这东西恐怕不太寻常。
好在,常浩南并没有让对方的疑惑持续太久。
“这是分辨率测试靶标的一部分。”他指着屏幕上的竖条纹解释道,“根据光学成像的瑞利判据,使用波长λ=632.8nm的可见红光时,一个传统透镜的理论分辨率极限δ大约是0.61λ\/NA……换算到我们这个系统里,大概是在316nm左右。”
他指着屏幕上最清晰的那组条纹旁边标注的一组编号:
“您看这里,第10组第5元素,它对应的线对宽度是308nm……也就是说,对于一块正常意义上的透镜而言,在632.8nm波长下,不应该看清楚靶标上第10组第5元素以下的图案。”
常浩南说到这里,刻意停顿了一下:
“但是……”
他没有继续说下去,而是移动鼠标,在屏幕上快速搜索着。
很快,光标停留在屏幕靠左侧的一个区域。那里清晰地呈现出一个由三条竖直亮线组成的图案,亮线之间是等宽的黑线。
这个图案在屏幕上的标注正是“Group10,Element5”!
“嗯?”
栾文杰失声惊呼,身体不由自主地前倾,几乎要贴到屏幕上。
瑞利判据是物理学基础,他刚才已经听明白了这个测试的意思。
308nm,已经超过,至少是贴近了632.8nm波长所对应的分辨率极限
然而,眼前的三条亮线是如此清晰锐利,边缘平滑,没有一丝一毫的模糊或弥散感。
根本不像是在逼近理论极限,反而像是在分辨一个远大于极限的物体!
常浩南脸上依旧保持着那种掌控一切的平静,没有立刻解答栾文杰的震惊。
他只是再次移动鼠标控制着屏幕上的成像区域向下移动。
画面切换,来到了标注为“Group10,Element6”的区域。
这里的线条图案更加细密。
然而,图形中的三条亮线依旧清晰可辨。
其锐利程度与9-5相比,几乎没有肉眼可见的衰减!
“10组6元素,对应分辨率274nm!”
旁边的栗亚波适时报出数据。
栾文杰的双眼已经瞪得溜圆,彻底被眼前的景象所震撼。
274nm!
刚才的结果或许还能用误差解释。
但这此,已经明确无误地突破了632.8nm红光下理论衍射极限。
这完全颠覆了光学常识!
常浩南依旧沉默着,手指稳健地操控鼠标。屏幕上的画面继续向下移动:
Group11,Element1(对应分辨率约244nm)–清晰!
Group11,Element2(约218nm)–清晰!
Group11,Element3(约194nm)–清晰!
……
栾文杰的心跳随着每一次画面切换而加速,呼吸也变得急促起来。
每一次清晰成像的出现,都在无情地冲击和粉碎着百年光学理论的基石!
画面再次切换:
Group11,Element4–三条亮线依然顽强地保持着可分辨的状态。
虽然对比度相比前面几组有所下降,亮线似乎也略微变细,但它们依旧清晰地并列着,中间的黑缝明确存在!
这已经将衍射极限甩开了相当一段距离!
栾文杰感觉自己的情绪似乎被调动了起来,他死死盯着屏幕拳头不自觉地握紧。
常浩南再次点击。
画面切换到了Group11,Element5。
这一次,屏幕上的景象终于发生了变化。
那三条本应清晰独立的亮线,此刻却如同被水浸润的墨迹,边缘模糊,相互粘连、融合在一起,形成了一片边界不清的、亮度略高的弥散光斑,再也无法分辨出任何独立的线条结构!
“看不清了!”几乎是同一时间栾文杰和栗亚波两人异口同声地喊了出来!
脱口而出之后,前者才意识到自己好像有点失态。
但好在这里也没外人,所以他很快又重新盯上了眼前的屏幕。
“这个图案是11组5元素(Group11,Element5)!”
他准确地喊出了刚刚变得模糊的那个靶标元素的编号,声音因为激动而有些变调。
常浩南点点头,目光锁定在屏幕上最后那个清晰的图案上:“没错,所以最后一个能清晰分辨的,就是11组4元素。”他随即转向栗亚波,“亚波,靶板说明书。”
栗亚波立即把说明手册翻开,铺在键盘前面。
这本手册详细记录了USAF1951分辨率靶标上每一组、每一个元素对应的精确线宽和分辨率数值。
由于11组的元素极其细微,极少在常规测试中使用,其具体数值连常浩南也无法立刻记清。
实验室里瞬间安静下来,只剩下几人略显粗重的呼吸声。
所有人的目光都聚焦在常浩南沿着表格不断移动的指尖上。
沿着目录快速找到11组,然后顺着元素编号向下移动,最终稳稳地停在了一个数字下面:
“Group11,Element4……Resolution:0.173μm……173nm。”
173纳米!
这个数字如同一个惊雷,在小小的实验室里轰然炸响!
常浩南抬起头,目光扫过满脸震撼的栾文杰和激动得脸颊泛红的栗亚波,他的声音平静,却蕴含着足以改写教科书的力量:
“632.8nm波长红光下的理论衍射极限分辨率,按最宽松的瑞利判据计算,大约是316nm。按更严格的斯派罗判据或实际工程经验,通常认为在350nm附近。”
他顿了顿,每一个字都掷地有声:
“而我们观测到的、最后一个清晰可辨的11组4元素,其对应的分辨率是173nm。”
“即使考虑到测试中可能存在的微小误差,这个结果也明确无误地表明——”
常浩南的声音陡然拔高带着宣告般的穿透力:
“我们成功突破了传统光学成像系统的阿贝衍射极限!”