16 年 2023 月 XNUMX 日 (Nanowerkニュース) フォトニック結晶の光制御性能はその格子定数と密接に関係しており、通常、格子定数が使用波長と同じ桁であることが必要です。 結晶材料において、フォトニック結晶構造は結晶自体とは異なる誘電率を持つユニットが空間に周期的に配置されて形成され、その格子定数はユニットの大きさと隣接するユニット間のギャップに依存します。 したがって、近赤外光や可視光域の光制御を実現するには、フォトニック結晶の単位構造やギャップをナノメートルスケールで精密に制御する必要があります。
フォトニック結晶の光制御は、動作波長と同様のスケールの格子定数に依存しており、ナノスケールの精度が必要です。
現在のフェムト秒レーザー技術は、軌道の重なり合いや、より適応性の高い加工技術の必要性などの課題に直面しています。
研究者らは、ナノスケールのフェムト秒レーザー マルチビーム リソグラフィーと化学エッチングを利用した新しい方法を導入しました。
このアプローチにより、光制御によるサブ波長のフォトニック結晶構造が可能になり、一般的なシングルビームレーザーの問題が回避されます。
この革新的な技術は、費用対効果が高く、柔軟で正確なソリューションを提供し、光通信と光操作に革命を起こす可能性があります。
a、フェムト秒レーザーマルチビーム光場の生成と厳密な集束。 b、サブ波長フォトニック結晶構造の作製と回折格子デバイスの準備。 (© Light Science & Application) 一方で、製造された構造単位のサイズとギャップは、光学位相と厳密な集束方法を設計することにより、サブ波長レベルで制御できます。 一方、マルチビームライトフィールドを使用すると、電気制御ではなく光学制御が可能になり、シングルビームレーザー加工に存在するレーザースポットの重なりやコンポーネントの移動の精度などの問題を効果的に回避できます。 空間位相とライトフィールドの分布との間の XNUMX 対 XNUMX の対応により、この方法の実現可能性が得られます。 この論文で研究者らは、二相位相周期とレーザー光束が共同して加工構造のサイズとギャップに影響を与えることを発見し、サブ波長スケールのフォトニック結晶構造ユニットの作製を実現した。 上記の結果に基づいて、バイナリ位相のグレースケールと最終位相の重ね合わせ方法を調整することで、制御可能なレーザー光束分布と三次元空間構造を備えたマルチビームライトフィールドをカスタマイズでき、対応する複雑な構造のフォトニックを実現できます。水晶の加工が可能です。 ラマン分光法およびX線光電子分光法試験により、この処理方法によって得られた構造単位は、非重なり状態での単一ビームのポイントバイポイント走査の結果と同じであり、高い安定性と信頼性を備えていることが示されています。 この方法を使用して、長周期およびサブ波長の格子構造が準備され、実験的テストの結果は理論的計算と一致し、この方法の処理能力がさらに検証されました。
a、制御可能なレーザー光束分布を備えたマルチビーム光学フィールド。 b. 複雑な空間構造を持つフォトニック結晶の作製。 c. ラマンスペクトル測定とX線光電子分光法。 (© Light Science & Application) これらの科学者は、自分たちの技術の利点と展望を次のように要約しています。 (1) 異なるターゲット構造を処理するために異なる光学コンポーネントを設計する必要がなく、簡単な操作と低コスト。 (2) 構造の寸法とギャップを正確に制御することで、ナノスケールでのフォトニック結晶ユニットセルの製造が可能になります。 (3) XNUMX次元複雑空間構造処理能力により、結晶内部にXNUMX次元フォトニック結晶構造を作製することが可能です。 ナノ構造を柔軟に制御できるため、報告された方法は、サブ波長構造を備えた複雑なフォトニック結晶を織る代替手段となります。 マルチビーム加工法の可能性により、光通信や光操作に応用できるナノ構造を作製する可能性のある方法が開かれる可能性があります。
主要な取り組み
リサーチ
フェムト秒レーザーは、透明材料内に三次元マイクロ・ナノ構造を直接作製することができ、これは結晶材料内にフォトニック結晶構造を構築する最良の方法のXNUMXつです。 しかし、フォトニック結晶に対する既存のフェムト秒レーザー加工技術は通常、単一ビームのポイントバイポイント走査戦略を採用しており、加工軌跡の重なりや運動制御精度により、ナノスケールの単位構造の作製には限界がある。 マイクロレンズアレイ加工技術やレーザー干渉加工技術は、上記の問題をある程度解決します。 ただし、前者は柔軟性が十分ではなく、ターゲット構造ごとに異なるマイクロレンズアレイを設計および製造する必要があります。 後者は高い柔軟性を持っていますが、通常は平面的な XNUMX 次元構造の処理にしか使用できず、XNUMX 次元のカスタマイズ機能がありません。 したがって、結晶内部にナノスケールの三次元空間フォトニック結晶構造を作製するための新しいフェムト秒レーザー加工技術が緊急に必要とされています。 に掲載された新しい論文では、 光科学と応用 (「超高速レーザーによるフォトニック結晶のナノスケールマルチビームリソグラフィー」）、北京工業大学機械工学院（北京100081、中国）のLan Jiang教授が率いる科学者チームは、マルチビームをしっかりと集束させることにより、ナノスケールのフェムト秒レーザーマルチビームリソグラフィーに基づいてフォトニック結晶構造を製造する方法を開発した。 -結晶内部の制御可能な三次元空間分布を備えたビームライトフィールドと、それを化学エッチングと組み合わせたもの。
a、フェムト秒レーザーマルチビーム光場の生成と厳密な集束。 b、サブ波長フォトニック結晶構造の作製と回折格子デバイスの準備。 (© Light Science & Application) 一方で、製造された構造単位のサイズとギャップは、光学位相と厳密な集束方法を設計することにより、サブ波長レベルで制御できます。 一方、マルチビームライトフィールドを使用すると、電気制御ではなく光学制御が可能になり、シングルビームレーザー加工に存在するレーザースポットの重なりやコンポーネントの移動の精度などの問題を効果的に回避できます。 空間位相とライトフィールドの分布との間の XNUMX 対 XNUMX の対応により、この方法の実現可能性が得られます。 この論文で研究者らは、二相位相周期とレーザー光束が共同して加工構造のサイズとギャップに影響を与えることを発見し、サブ波長スケールのフォトニック結晶構造ユニットの作製を実現した。 上記の結果に基づいて、バイナリ位相のグレースケールと最終位相の重ね合わせ方法を調整することで、制御可能なレーザー光束分布と三次元空間構造を備えたマルチビームライトフィールドをカスタマイズでき、対応する複雑な構造のフォトニックを実現できます。水晶の加工が可能です。 ラマン分光法およびX線光電子分光法試験により、この処理方法によって得られた構造単位は、非重なり状態での単一ビームのポイントバイポイント走査の結果と同じであり、高い安定性と信頼性を備えていることが示されています。 この方法を使用して、長周期およびサブ波長の格子構造が準備され、実験的テストの結果は理論的計算と一致し、この方法の処理能力がさらに検証されました。
a、制御可能なレーザー光束分布を備えたマルチビーム光学フィールド。 b. 複雑な空間構造を持つフォトニック結晶の作製。 c. ラマンスペクトル測定とX線光電子分光法。 (© Light Science & Application) これらの科学者は、自分たちの技術の利点と展望を次のように要約しています。 (1) 異なるターゲット構造を処理するために異なる光学コンポーネントを設計する必要がなく、簡単な操作と低コスト。 (2) 構造の寸法とギャップを正確に制御することで、ナノスケールでのフォトニック結晶ユニットセルの製造が可能になります。 (3) XNUMX次元複雑空間構造処理能力により、結晶内部にXNUMX次元フォトニック結晶構造を作製することが可能です。 ナノ構造を柔軟に制御できるため、報告された方法は、サブ波長構造を備えた複雑なフォトニック結晶を織る代替手段となります。 マルチビーム加工法の可能性により、光通信や光操作に応用できるナノ構造を作製する可能性のある方法が開かれる可能性があります。
- SEO を活用したコンテンツと PR 配信。 今日増幅されます。
- PlatoData.Network 垂直生成 Ai。 自分自身に力を与えましょう。 こちらからアクセスしてください。
- プラトアイストリーム。 Web3 インテリジェンス。 知識増幅。 こちらからアクセスしてください。
- プラトンESG。 カーボン、 クリーンテック、 エネルギー、 環境、 太陽、 廃棄物管理。 こちらからアクセスしてください。
- プラトンヘルス。 バイオテクノロジーと臨床試験のインテリジェンス。 こちらからアクセスしてください。
- 情報源： https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63844.php
