SSMB的意思是：steady-state microbunching (SSMB) ，这个概念最早是2010年由斯坦福的两位科学家在Physical Review Letters上提出来的：Daniel Ratner 和Alexander Chao.但是发表之后无人问津（lay dormant for several years），无奈Chao自己开始在公共场合推广这项技术。
2016年，在听到Chao的学术报告后，来自清华，Helmholtz-Zentrum Berlin的研究人员对此表示了很大的兴趣，达成计划，准备在Physikalisch-Technische Bundesanstalt的Metrology Light Source加速器实验室测试验证相关的技术。
上面这张图片，是清华大学，Helmholtz-Zentrum Berlin，以及Physikalisch-Technische Bundesanstalt 的研究小组在柏林的一个加速器实验室合作测试SSMB相关的技术。
以上内容引用自
Microbunching illuminates new technological horizon
Microbunching illuminates new technological horizon
清华在物理学报上发表的论文“稳态微聚束加速器光源”详细介绍了在该领域的工作进展。
主要工作原理和国内的光源设施分布：
速度接近光速的带电粒子在电磁场中做偏转运动时, 沿运动轨迹的切线方向会发出电磁辐射[1,2]. 这种电磁辐射最早于1947年在电子同步加速器上被发现, 因此被称为同步辐射(synchrotron radiation, SR)[3]. SR具有高亮度、宽能谱、高准直性和偏振性等特点, 因此人们从20世纪70年代开始建设专门用于产生SR的电子储存环(storage ring)[4,5]. 一个SR光源装置包括电子产生及加速的电子注入器、储存电子束的电子储存环、以及将产生的SR光应用于物理、化学、材料、生物等各类科学研究的光束线站. 至今, SR光源在追求更高的亮度和更好的相干性的发展中, 已历经四代. 在中国大陆, 北京同步辐射装置(Beijing synchrotron radiation facility, BSRF)[6]属于第一代, 合肥光源(Hefei light source, HLS)[7]属于第二代, 上海光源(Shanghai synchrotron radiation facility, SSRF)[8]属于第三代, 目前正在北京怀柔建设的高能同步辐射光源(high energy photon source, HEPS)[9]属于第四代.
SSMB的实验验证：
SMB从概念提出到建成应用光源, 其原理的实验验证是至关重要的一步. 清华大学从2017年开始推动SSMB的原理验证实验研究[26,27], 与德国亥姆霍兹柏林中心(Helmholtz-Zentrum Berlin, HZB)及德国联邦技术物理研究院(Physikalisch-Technische Bundesanstalt, PTB)合作, 利用接近SSMB需求的德国MLS (Metrology Light Source)储存环[51,52], 完成了SSMB的原理验证实验[28–30].
SSMB关键技术挑战：
物理问题解决后, 能否真正实现SSMB光源关键就是技术的可实现性. 这里给出SSMB光源相关的几项核心技术.
1) 激光调制器: 从前文SSMB的概念介绍中可以看出, 激光调制器与微波射频腔的对应, 是SSMB与传统储存环相比最重要的区别. 为了实现SSMB, 需要调制激光功率高、相位锁定; 而为了实现高的束流占空比, 从而提升SSMB辐射光的平均功率, 需要采用连续波或高占空比的调制激光. 要同时满足这些需求, SSMB的激光调制系统拟采用光学增益腔[65,66].
2) 长脉冲注入系统: 为了实现高的辐射功率, SSMB的平均流强较高, 约为1 A. 大电荷量、长脉冲(百纳秒量级)注入束流的实现需要专门的设计. 为了减少SSMB出光过程中的功率变化, 希望SSMB能工作在流强基本恒定不变的top-up模式. 同时, top-up工作模式也可降低对单次注入束流强度的要求.
3) 直线感应加速器: 为了提高SSMB储存环的束流占空比, 除了需要采用连续激光, 对长脉冲电子束的能量补充也提出了不同于传统储存环的要求. MHz重频的直线感应加速器是实现SSMB束流能量补充的可行选择之一.
光源的技术方案对比：
目前世界上唯一的EUV光刻机供应商是荷兰的ASML公司, 其采用的是激光等离子体(laser-produced plasma, LPP) EUV光源. 具体来说, 通过一台功率大于20 kW的CO2气体激光器轰击液态锡形成等离子体, 从而产生13.5 nm的EUV光. 通过不断优化驱动激光功率、EUV光转化效率、收集效率以及控制系统, LPP-EUV光源目前能够在中间焦点处实现350 W左右的EUV光功率, 该功率水平刚达到工业量产的门槛指标. 产业界认为LPP光源未来可以达到的EUV功率最高为500 W左右, 想要继续将EUV光刻向3 nm以下工艺节点推进, LPP-EUV光源的功率将遇到瓶颈.
由于基于等离子体辐射的EUV光源功率进一步突破困难, 因此基于相对论电子束的各类加速器光源逐渐进入产业界的视野, 如基于超导直线加速器技术的高重频FEL以及SSMB等. 表2总结了LPP-EUV光源及基于同步辐射(SR)、超导高重频自由电子激光(SRF-FEL)及稳态微聚束(SSMB)的EUV光源的主要特点. 可以看出, 有望用于EUV光刻的EUV光源为LPP, SRF-FEL, 以及SSMB光源. 其中LPP已经是成熟的商业方案, 但其功率进一步提升有限, 很难满足EUV光刻长期发展的需要. SRF-FEL可实现1—10 kW量级的EUV光, 但其造价相对高昂, 规模较大. 而且, 要达到商业化所需能量利用效率, 必须对其发光的电子束进行能量回收, 也即要采用能量回收型直线加速器(energy recovery linac, ERL)方案, 大流强、高品质电子源等多项关键技术需要进一步突破. SSMB也可以实现大于1 kW的EUV光功率, 且造价和规模适中. 作为一种新型光源原理, SSMB原理实验验证已经实现, 需要建设运行在EUV波段的SSMB加速器光源研究装置, 培养科学及产业用户, 并提高其技术成熟度. 另外, 基于加速器的光源还具有易向更短波长拓展的优点, 有望成为下一代采用波长6.x nm的Blue-X光刻技术[67]的主流光源.
引用
1 Deng, X.et al. Experimental demonstration of the mechanism of steady-state microbunching. Nature 590, 576–579 (2021)
2 Ratner, D. F. & Chao, A. W. Steady-state microbunching in a storage ring for generating coherent radiation. Phys. Rev. Lett. 105, 154801 (2010).
3 Towards a compact all optical terahertz-driven electron source at Tsinghua University
https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/2206/2206.02965.pdf
4 Generation of a Chirp-Controlled Terahertz Pulse by a Tapered Corrugated Wakefield Structure
Generation of a Chirp-Controlled Terahertz Pulse by a Tapered Corrugated Wakefield Structure
5 A Compact Gamma Ray Source Based on ICS
6 Recent progress of SSMB EUV light source project at Tsinghua University
https://conference-indico.kek.jp/event/160/contributions/2876/attachments/2148/2699/Zhilong_Pan.pdf
7 An overview of the Steady State Microbunching R&D effort initiated at Tsinghua University
https://accelconf.web.cern.ch/fls2018/talks/thp2wb02_talk.pdf
8 Chinese semiconductor industry
https://www.sinodefenceforum.com/t/chinese-semiconductor-industry.8479/page-526
9 Manufacturing Bits: July 11
10 Steady-state micro-bunching accelerator light source
Tang Chuan-Xiang, Deng Xiu-Jie
Steady-state micro-bunching accelerator light source
稳态微聚束加速器光源
唐传祥, 邓秀杰
https://wulixb.iphy.ac.cn/cn/article/doi/10.7498/aps.71.20220486
11 Laser Development for SSMB EUV Light Source at THU
https://www.euvlitho.com/2021/S37.pdf
12 https://en.wikipedia.org/wiki/Alexander_Wu_Chao
https://en.wikipedia.org/wiki/SLAC_National_Accelerator_Laboratory