高精度三维光子晶体超快激光加工新方法

空间相位与光场分布的一一对应赋予了该方法可行性。本文中，研究者发现二元相位周期与激光通量共同影响加工结构的尺寸与间隙，并实现了亚波长尺度光子晶体结构单元制备（图1右）。基于上述规律，调谐二元相位的灰度及最终相位的叠加方式，可定制激光通量分布可控且具有三维空间结构的多光束光场（图2上），并实现对应的复杂结构光子晶体的加工（图2中）。拉曼光谱与X射线光电子能谱测试则表明该加工方法得到的结构单元与非重叠状态下单光束逐点扫描结果相同（图2下），具有较高的稳定性与可靠性。借助于该方法制备了长周期与亚波长光栅结构，实验测试结果与理论计算结果一致，进一步验证该方法加工能力。

图2.基于纳米尺度飞秒激光多光束光刻的光子晶体结构加工。（上）激光通量分布可控的三维空间多光束光场；（中）具有复杂空间结构的光子晶体制备；（下）拉曼光谱与X射线光电子能谱测试。

相比于现有技术，该方法具有如下优势：

1）操作简单且成本较低，通过空间相位设计，无需针对不同目标结构设计加工不同光学元器件；

2）精确的结构尺寸与间隙控制，可实现纳米尺度的光子晶体单元加工；

3）三维复杂空间结构加工能力，可在晶体内部实现三维光子晶体结构制备。

该工作为晶体材料内部纳米尺度光子晶体结构的高精度可控加工提供了一种全新途径，在光传输与控制等领域具有应用前景。

相关链接：https://doi.org/10.1038/s41377-023-01178-3