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      科研應用
      我國首次獲得激光3D打印納米級三維結構
      材料來源:科技日報           錄入時間:2022/9/19 22:04:44

      鈮酸鋰材料因其優異的電光、聲光等特性,被視為下一代光通信網絡、微波光子系統和量子信息處理的光子器件的核心材料。14日晚,南京大學教授張勇、肖敏、祝世寧領銜的科研團隊刊發于國際學術期刊《自然》的一篇文章顯示,其發明的新型“非互易飛秒激光極化鐵電疇”技術,通過控制飛秒脈沖激光射入鈮酸鋰晶體的方向,在晶體內部形成有效電場,完成三維結構的直寫和擦除,首次在鈮酸鋰晶體內實現了納米級的“三維雕刻”。這一新技術,把以往光雕刻鈮酸鋰三維結構的尺寸,從微米量級首次縮小到30納米,大大提高了加工精度。

      飛秒激光3D打印納米鐵電疇。圖源:南京大學官網

      “在下一代5G/6G通訊和光子芯片的制備領域,鈮酸鋰材料被寄予厚望。然而,受限于傳統加工技術,對鈮酸鋰內部的光學結構的制備,此前僅限于二維空間和微米級分辨率。”15日,該文章的通訊作者、南京大學教授張勇告訴科技日報記者。

      此次研究中,團隊將飛秒脈沖激光聚焦于鈮酸鋰晶體內部進行直寫,晶體在高強度激光作用下發生多光子吸收,導致局部晶體溫度升高,在晶體內部形成了一個有效電場。

      “激光射入晶體后,二者發生相互作用。需要什么樣的光學結構,就讓激光在晶體里面做相應移動,像用筆畫畫一樣。如果畫錯了,可以用隨后的激光矯正前面的光束,達到‘擦除’效果。”張勇解釋,激光“擦除”的功能,豐富了此前飛秒激光僅能直寫的功能,其對光學結構的修正、重構,將豐富激光加工工藝。

      “例如用激光加工器件時,如果發現設計方案有瑕疵,就需要調整器件中的點陣結構。原先的加工方式就要重新設計器件,但有了‘擦除’功能,就可以用激光僅修改有問題的點陣。”張勇認為,這將降低加工迭代的成本。

      研究人員還利用這一特性設計了不同的加工工藝,在三維空間上均實現了突破衍射極限的光學結構的尺寸控制,實驗中成功制備出線寬為100納米至400納米的條形光學結構和尖端寬度為30納米的楔形光學結構。

      “這項技術有望用于光電調制器、聲學濾波器等關鍵光電器件制備,在5G/6G通信、人工智能、神經網絡、機器學習、光計算等領域有廣泛的應用前景,也將促進高性能三維光、聲、電集成器件的發展。”張勇說。

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