相變介質(zhì)超表面，實(shí)現(xiàn)了可編程的光學(xué)調(diào)控，在光電子領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。然而，現(xiàn)有技術(shù)受制于大面積高均勻性高精度加工，以及單個調(diào)控超表面結(jié)構(gòu)單元選擇性相位。近日，北京理工大學(xué)Weina Han，姜瀾院士Lan Jiang等在Advanced Materials上發(fā)文，提出了基于相位調(diào)制的飛秒激光非衍射光束光刻技術(shù)。

圖1 用于介質(zhì)超表面制造的飛稱Fs-激光相位調(diào)制的非衍射光束phase modulated non-diffracting-beam lithography，PNDL。

圖2 準(zhǔn)貝塞爾Bessel無衍射光束制造穩(wěn)定性。

通過疊加軸棱錐相位與閃耀光柵Blazed Grating相位，將飛秒激光整形為景深超過緊聚焦高斯光束10倍以上的準(zhǔn)貝塞爾非衍射光束，從而減少加工過程中的重新聚焦需求，并抑制焦點(diǎn)漂移。

圖3 相位調(diào)制非衍射光束PNDL方法的制造精度研究

圖4 基于相位調(diào)制非衍射光束PNDL方法的Ge?Sb?Te?，GST超表面光刻。

動態(tài)光束偏轉(zhuǎn)控制精度可達(dá)7納米。隨后通過化學(xué)處理由相變區(qū)域構(gòu)成的體素超表面，實(shí)現(xiàn)無掩模光刻。 利用該技術(shù)制備出了結(jié)構(gòu)特征尺寸為9納米的可調(diào)諧鍺銻碲Ge?Sb?Te?超表面，并進(jìn)一步制造和調(diào)控了多功能可編程光子邏輯器件，展現(xiàn)出了高精度加工能力。

圖5 具有雙矩形GST超原子配置的超表面器件。

這一方法為有源超表面的制備與調(diào)控提供了新范式，有助于研發(fā)下一代光子器件。Femtosecond Laser Non-Diffracting-Beam Lithography via Phase Modulation for Dielectric Metasurface Fabrication 基于相位調(diào)制，飛秒激光非衍射光束光刻技術(shù)制備介質(zhì)超表面。

參考文獻(xiàn)： 中國光學(xué)期刊網(wǎng)

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