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飞秒激光诱导周期结构上ZnO微纳结构组装体的择优生长
摘要： 在本研究中，我们展示了利用激光诱导周期性表面结构（LIPSS）作为模板，选择性生长有序氧化锌微纳结构的方法。首先在Si(100)基底上制备了多种LIPSS，包括烧蚀型低频空间（LSF）LIPSS、非晶-晶态（a-c）LIPSS以及黑硅结构。随后采用气-固（VS）法在这些激光加工基底上沉积ZnO，以分析有序ZnO结构的形成过程。通过扫描电子显微镜和显微拉曼光谱评估所得ZnO微/纳组装体的形貌与结构特征，并识别诱导ZnO优先沉积的激光加工基底特性。成功在LSF-LIPSS和a-c LIPSS上实现了ZnO微纳米晶体的定向组装。这些结果表明：通过激光诱导的局部无序（可能伴随表面粗糙度的轻微增加）来降低晶格失配效应，VS法可在基底上制备出排列良好且质量优异的半导体微纳结构组装体。
关键词： 飞秒激光直写、氧化锌、激光诱导周期表面结构、拉曼光谱
更新于2025-09-23 15:19:57
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用于传感应用的飞秒激光直写离轴光纤布拉格光栅
摘要： 首批离轴光纤布拉格光栅（FBGs）通过飞秒激光直写技术在标准单模光纤（SMF-28e）中制备。研究发现当光栅与纤芯中心的最小偏移距离为2.5微米时，会形成支持两种独立光纤模式（LP0,1和LP1,1）的多模段，每种模式又分裂为两个简并偏振模式。该结构打破了光纤的圆柱对称性，引入双折射（约10^-4），导致各模式的布拉格波长产生偏振依赖性?；谀Ｌ退凵涮匦裕票噶讼诵局行钠屏糠直鹞?.0、4.5和6.0微米的三种离轴FBGs，并对其应变、温度和曲率特性进行了表征。测试表明这些离轴FBGs具有相似的应变灵敏度（约1.14皮米/微应变）和温度灵敏度（约12皮米/摄氏度）。通过分析LP1,1布拉格共振的强度波动和波长偏移，可同步监测曲率和方位角。其中3.0微米偏移量的离轴FBG获得了最大曲率灵敏度0.53分贝/米^-1。
关键词： 光纤传感器、飞秒激光直写、单模光纤、离轴光纤布拉格光栅、双折射
更新于2025-09-23 15:19:57
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利用飞秒激光直写技术在Eagle2000玻璃中制备可大规模生产的低损耗宽带光学波导
摘要： 通过飞秒激光直写技术在碱土硼铝硅酸盐玻璃中制备了光学波导，实验采用不同脉冲能量和扫描速度参数。为测定其损耗并分析加工参数的影响，我们对500纳米至1700纳米波长范围进行了光谱表征。研究确定了三种主要损耗机制：长波长区损耗主要源于弱耦合效应；短波长区行为则受瑞利散射导致的传输损耗支配——实验显示提高扫描速度可基本消除该损耗（<0.05分贝·厘米?1·微米?）；此外高波长区的体吸收也会影响传输损耗。当采用中等脉冲能量（125-250纳焦）与高扫描速度（超过6厘米/秒）组合时，制备的光学波导在整个测试波长范围内均呈现低损耗特性，适用于需要更宽工作波段的应用场景。由于最佳制备条件在高扫描速度下实现，该技术还能兼顾量产效率与缩短加工时间的需求。
关键词： 飞秒激光直写、瑞利散射、传输损耗、耦合损耗、米氏散射、集成光学、低损耗宽带光波导、大规模生产
更新于2025-09-12 10:27:22
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[2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 采用飞秒激光直写技术在GLS玻璃中制备的宽带中红外定向耦合器与多模干涉耦合器
摘要： 首次展示了工作在4微米中红外波段的首款宽带定向与多模干涉耦合器。研究人员利用聚焦的800纳米、5.1兆赫兹重复频率飞秒激光，在南安普顿大学提供的商用硫系玻璃（镓镧硫化物，GLS）上刻写器件。通过将三条独立激光写入轨迹并排排列，形成低损耗波导，其传播损耗低至0.22分贝/厘米。这些波导被用于构建非对称定向耦合器，通过定制其中一条臂的传播常数来展平器件的色度响应。通过局部改变样品穿过焦点的进给速率，在器件耦合区域获得传播常数变化。由此制成的3分贝耦合器在500纳米波长范围内具有波长平坦响应（耦合比变化±5%），而对称定向耦合器仅在<200纳米范围内实现该特性。多模干涉耦合器则通过排列26条激光刻写轨迹形成140微米宽的多模干涉区（长度5-10毫米）。由于顺序写入工艺导致的多模干涉区内非对称性，产生了端口依赖的交叉耦合比。但在注入左侧输入端时，8.1毫米长的器件实现了接近3分贝的耦合。该器件在3.75至4.25微米波长范围内展现出近乎完美的无色散特性。
关键词： GLS玻璃，中红外，多模干涉耦合器，飞秒激光直写，定向耦合器
更新于2025-09-12 10:27:22
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飞秒激光直写实现二硫化钼薄片的无掩模微/纳米图案化与双极电整流
摘要： 二硫化钼（MoS2）微/纳结构对于调控电子特性、开发所需功能以及提升多层MoS2器件现有性能具有重要意义。本研究提出一种通过飞秒激光脉冲直写技术灵活微加工多层MoS2薄片的有效方法，可直接制备出带隙宽度为179、152、116、98和77纳米的规则MoS2纳米带阵列，并能任意图案化MoS2薄片形成单纳米带、迷宫阵列和交叉结构等微/纳结构。该方法无需掩模、工艺简单，具有高度灵活性、强可控性和高精度特点。此外，激光加工后的MoS2表面因微/纳结构的粗糙缺陷位点和边缘含有大量不饱和边缘位点及高活性中心，通过化学和物理吸附作用附着了大量氧分子。电学测试表明，基于制备的MoS2纳米带阵列构建的场效应晶体管展现出新奇特性：输出特性和转移特性均呈现漏-源电流的强整流效应（非零偏置且双极导通），这归因于平行结构中大量边缘缺陷与氧分子对MoS2纳米带阵列的p型化学掺杂作用。本工作证实了飞秒激光脉冲能直接诱导二维材料的微/纳结构、特性改变及新器件功能，未来有望推动基于MoS2的逻辑电路、互补电路、化学传感器和p-n二极管等电子器件新应用。
关键词： 微/纳米图案化、二硫化钼薄片、氧键合、飞秒激光直写、整流效应
更新于2025-09-12 10:27:22
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[IEEE 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑(2019.6.23-2019.6.27)] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 通过亚纳秒飞秒脉冲串在碲酸盐玻璃中刻写波导以增加折射率对比度
摘要： 介电玻璃和晶体中波导的飞秒激光直写（FLDW）技术是制造紧凑型激光源、光学传感器、芯片实验室及量子计算光学芯片的公认方法[1]。该技术的主要瓶颈在于：受FLDW特性限制，波导芯层与包层间的折射率对比度Δn制约了光路集成度和光学芯片元件数量的提升。折射率调制不足也导致凹陷包层波导因模式泄漏而难以应用于中红外波段[2]。迄今获得的最大折射率变化源于磷酸盐玻璃在激光写入热效应下的离子迁移，其值高达+0.03[3]。我们最新研究发现：稀疏效应与电子激发的协同作用可在石英玻璃和蓝宝石的激光改性区域产生增强型负折射率变化[4]，该效果通过亚纳秒量级的飞秒脉冲串实现。本文报道采用指数衰减脉冲串（单脉冲间隔10 ps）在70TeO2-22WO3-8Bi2O3玻璃中直写的低损耗高对比度波导。在1030 nm波长下刻写的14道平行低折射率轨道构成凹陷包层波导（图1(a)）。常规脉冲在该玻璃中产生的最大Δn为-0.002[2]。图1(c)展示了不同脉冲串能量与间隔参数下的折射率变化分布，当参数优化时，脉冲串可形成平滑的负折射率轨道，其幅度较常规脉冲提升3倍。10 ps脉冲间隔时获得最大Δn值。除增强折射率变化外，脉冲串刻写的轨道横截面积更小——相同能量下轨道高度至少降低3倍（图1(a)(b)）。我们认为这种增强效应源于峰值脉冲强度降低导致的能量沉积强局域化，从而避免了破坏性克尔自聚焦。该FLDW新技术为凹陷包层波导的辐射限域和确定性结构刻写开辟了道路，预计将显著提升波导非线性并拓展至中红外应用。
关键词： 亚纳秒脉冲、碲酸盐玻璃、凹陷包层波导、折射率对比度、飞秒激光直写
更新于2025-09-12 10:27:22
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[IEEE 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 基于嵌入式纳米光栅的紧凑型飞秒激光直写集成波片
摘要： 飞秒激光直写（FLDW）是一种在玻璃芯片中制备集成光路的成熟快速成型技术。这类光路利用光子态作为量子比特，已用于展示多种量子信息应用。通过单光子传输信息时，通常需要充分利用光子所有可能的自由度以提升单光子信息承载量，其中光子偏振就是重要自由度之一。要利用该自由度，就需要能操控偏振的器件。此前已有研究在FLDW光路中实现了多种光子偏振操控方法，部分已应用于量子信息领域。本研究提出一种利用嵌入式纳米光栅作为波片的新颖偏振控制方法——这些具有高双折射特性的自组装结构因其约Δn=10^-3的较高形态双折射率，可作为紧凑型波片助力集成光路进一步微型化。通过调节刻写过程中的激光参数可改变光栅特性。我们在FLDW波导中集成了多种纳米光栅波片，并采用交叉偏振片双折射测量法验证了其作为不同延迟量和光轴取向波片的功能?；谔囟ㄐ慈爰负谓峁?，可实现对光轴方向的完全控制。这些结构厚度约为数百微米，而传统FLDW光路偏振控制方案所需结构尺寸在毫米至厘米量级，且部分方案存在光轴取向限制。我们的波片既适用于经典应用，也可作为单量子比特门（后续将展示），目前已制备出可作为Hadamard门、泡利-X门、泡利-Z门及π/8门的波片结构，并将探讨其光纤兼容性。
关键词： 集成光路、偏振控制、量子信息应用、波片、纳米光栅、飞秒激光直写
更新于2025-09-11 14:15:04