高精度三維光子晶體超快激光加工新方法
北京理工大學(xué)姜瀾教授和清華大學(xué)閆劍鋒副教授等在超快激光加工光子晶體方面取得研究進(jìn)展,利用超快激光多光束在晶體材料內(nèi)部實現(xiàn)了超衍射極限的三維光子晶體結(jié)構(gòu)高精度加工。
空間相位與光場分布的一一對應(yīng)賦予了該方法可行性。本文中,研究者發(fā)現(xiàn)二元相位周期與激光通量共同影響加工結(jié)構(gòu)的尺寸與間隙,并實現(xiàn)了亞波長尺度光子晶體結(jié)構(gòu)單元制備(圖1右);谏鲜鲆(guī)律,調(diào)諧二元相位的灰度及最終相位的疊加方式,可定制激光通量分布可控且具有三維空間結(jié)構(gòu)的多光束光場(圖2上),并實現(xiàn)對應(yīng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)光子晶體的加工(圖2中)。拉曼光譜與X射線光電子能譜測試則表明該加工方法得到的結(jié)構(gòu)單元與非重疊狀態(tài)下單光束逐點(diǎn)掃描結(jié)果相同(圖2下),具有較高的穩(wěn)定性與可靠性。借助于該方法制備了長周期與亞波長光柵結(jié)構(gòu),實驗測試結(jié)果與理論計算結(jié)果一致,進(jìn)一步驗證該方法加工能力。 圖2.基于納米尺度飛秒激光多光束光刻的光子晶體結(jié)構(gòu)加工。(上)激光通量分布可控的三維空間多光束光場;(中)具有復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的光子晶體制備;(下)拉曼光譜與X射線光電子能譜測試。 相比于現(xiàn)有技術(shù),該方法具有如下優(yōu)勢: 1)操作簡單且成本較低,通過空間相位設(shè)計,無需針對不同目標(biāo)結(jié)構(gòu)設(shè)計加工不同光學(xué)元器件; 2)精確的結(jié)構(gòu)尺寸與間隙控制,可實現(xiàn)納米尺度的光子晶體單元加工; 3)三維復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)加工能力,可在晶體內(nèi)部實現(xiàn)三維光子晶體結(jié)構(gòu)制備。 該工作為晶體材料內(nèi)部納米尺度光子晶體結(jié)構(gòu)的高精度可控加工提供了一種全新途徑,在光傳輸與控制等領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。 相關(guān)鏈接:https://doi.org/10.1038/s41377-023-01178-3 |
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