科研领域

激光直写光波导阵列(Light Sci. Appl. 13, 1 (2024) 130.)

水导激光是微观世界的 “精准手术刀”。凭借极高的聚焦精度,它能对各类新型材料进行纳米级的切割与微加工,帮助科研人员制备高质量的材料样本,深入探究材料在微观尺度下的性能,加速新型功能材料的研发进程。

水导激光原理:利用水的折射率(约为 1.33)与周围空气的折射率(约为 1.0)的差异,当激光束以一定角度射向水 - 空气界面时,如果入射角小于全反射的临界角,激光束将发生全反射,不会穿透界面,从而确保激光能量在水束中得到有效限制和传输,就像在光纤中传播一样。这样激光可以在水中沿着特定路径传输,同时水还能起到冷却和增强激光束聚焦能力、能量密度的作用。 激光直写原理:通过计算机控制,利用强度可变的激光束对基片表面的材料(如光刻胶等)实施变剂量曝光,显影后便在材料表面形成要求的浮雕轮廓,从而实现对光波导结构的直接写入。 结合方式:在水导激光激光直写光波导阵列中,是利用水导激光作为能量源,通过水的传导将激光精准地传输到待加工材料表面,然后基于激光直写的原理,按照预先设计的图案和程序,在材料上逐点、逐行或逐区域地进行曝光,使材料发生物理或化学变化,形成具有特定折射率分布的光波导阵列结构。
  • 性能
    高精度加工:水导激光能精确控制激光束的传输路径,结合激光直写的高分辨率特点,可以实现亚微米甚至更高精度的光波导阵列加工,满足光通信、光量子计算等领域对微小尺寸、高精度光波导器件的需求。 低损伤与高稳定性:水的冷却作用可以有效减少激光加工过程中产生的热影响,降低材料的热应力和热变形,避免材料出现微裂纹等损伤,从而提高光波导阵列的光学性能和长期稳定性。 材料适应性广:可以适用于多种光学材料,如玻璃、晶体、聚合物等,为不同应用场景下选择合适的材料来制备光波导阵列提供了可能。 灵活的设计与制造:激光直写的无掩模特性使得光波导阵列的设计和制造更加灵活,可以根据具体的应用需求快速调整和修改光波导的形状、尺寸、间距等参数,实现定制化的生产。

主 要 应 用

  • 光通信领域:可用于制造高密度、高性能的波分复用器、解复用器等光通信器件中的光波导阵列,提高光信号的传输容量和传输效率,实现更多波长通道的复用和解复用,推动光通信网络向高速、大容量方向发展。
  • 光量子计算领域:有助于制备光量子芯片中的光波导阵列,为光子的传输、操控和干涉等提供精确的路径和场所,实现量子比特的编码、传输和逻辑运算等功能,促进光量子计算技术的发展。
  • 传感器领域:可以制作用于生物传感器、化学传感器等中的光波导阵列,通过检测光波在波导中传输时的光学特性变化,实现对生物分子、化学物质等的高灵敏度检测和分析。