微纳金属光学结构制备技术及应用

微纳光学结构制备技术一直是微纳光子学器件发展的技术瓶颈.针对微纳光学结构制备技术向小尺寸、高精度和广泛应用发展的趋势,报道了基于电子束、X射线和接近式光学的混合光刻制作微纳金属光学结构技术.针对微纳光子学器件复杂图形开发了微光刻数据处理体系,基于矢量扫描电子束光刻设备在自支撑薄膜上进行1×高分辨率图形形成,利用X射线光...     

封面解读

正微纳光学作为光学领域的重要前沿学科方向,近年来发展迅速,在片上集成光学器件、光电集成、量子计算等领域取得重要的研究进展。《光学学报》2021年第8期刊发"微纳光学"专题,封面选取"8"字回音壁模式光学微腔作为切入点,表述了微纳光学结构对光场和光子实现高自由度调控。     

晶圆级超构表面平面光学研究进展(特邀)

超构表面是由亚波长结构单元组成,它可以利用微纳制造工艺在平面上制造出来。通过改变超构单元的形貌以及排列方式可以实现对光的精确控制,从而使超构表面实现多种光学器件的功能。超构表面平面光学器件具有超薄、超轻、可芯片级集成、易于大规模量产等优点,近些年来成为了微纳光子学里最热门的研究领域之一。基于紫外光刻工艺的晶圆级加工技术是未来实现超构表面光学器件大规模量产最可行的路线之一。本文综述了近些年来基于紫外光刻技术的晶圆级超构表面光学所取得的进展。这些研究工作在不同尺寸和材料的晶圆上实现了超透镜、偏振带通滤波器、半波片、完美吸收体、光束偏转器等光学器件。     

“微纳光子学”专题导读

<正>随着电子器件小型化需求的不断提升,微电子技术的发展受到限制。相对而言,微纳尺度上光学现象及微纳光电子器件的研究起步较晚,但随着光子学与微纳加工技术的发展,微纳光子学逐渐兴起且受到越来越多的关注。微纳光子学主要研究在微纳尺度下光与物质相互作用的规律及其在光的产生、传输、调控、探测和传感等方面的应用,包括微纳光子学理论、微纳光纤及纳米光波导、光学微腔及应用、硅基光子学、微纳光子学器件等。     

表面微纳结构对光的透射性能影响分析北大核心CSCD

针对传统光学元件增透的方法中存在物理、化学性质的限制而导致热失配、稳定性不足等问题,提出了对光学表面直接加工圆球和圆锥形两种微纳结构的增透方式;构建了两种微结构模型并以0.38~0.9μm的入射光在不同入射角的条件下对二者进行数值仿真;分析了两种模型随波长与入射角变化的反射率、透射率和电场的变化情况,并对两种实验元件进行实验测试;结合两种微纳结构的仿真和实验数据结果进行对比,获得了两种微纳结构对光透射性能的影响情况。结果表明:入射光波长由小增大时,光学元件透射率增大,并随着波长继续增大透射率逐渐趋于稳定。可为表面微纳结构对光透射性能的影响研究,以及对微纳光学器件的优化设计、制造提供参考。     

表面微纳结构对光的透射性能影响分析

针对传统光学元件增透的方法中存在物理、化学性质的限制而导致热失配、稳定性不足等问题,提出了对光学表面直接加工圆球和圆锥形两种微纳结构的增透方式;构建了两种微结构模型并以0.38～0.9μm的入射光在不同入射角的条件下对二者进行数值仿真;分析了两种模型随波长与入射角变化的反射率、透射率和电场的变化情况,并对两种实验元件进行实验测试;结合两种微纳结构的仿真和实验数据结果进行对比,获得了两种微纳结构对光透射性能的影响情况。结果表明:入射光波长由小增大时,光学元件透射率增大,并随着波长继续增大透射率逐渐趋于稳定。可为表面微纳结构对光透射性能的影响研究,以及对微纳光学器件的优化设计、制造提供参考。     

“机器微纳光学科学家”:人工智能在微纳光学设计的应用与发展

微纳光学材料与器件是光通信、光传感、生物光子学、激光、量子光学等诸多光学领域的关键.目前微纳光学设计主要依赖传统数值方法,存在依赖计算资源、创新效率低、得到全局最优设计困难的难题,是当前微纳光学设计的瓶颈.人工智能(artificial intelligence,AI)目前已经在多个学科开展应用,带来了科学研究的新范式.本文从微纳光学设计对象、数据集构建、学习任务与算法以及性能度量四个方面对AI在微纳光学设计领域的应用进行综述.对AI在微纳光学研究中的难点及未来的发展趋势进行了分析与展望.     

基于聚焦离子束纳米剪纸/折纸形变的三维微纳制造技术及其光学应用

高精度的三维微纳制造技术是现代光电子学和微纳光子学发展的重要基础之一,是实现下一代微纳光子集成器件的重要前提.纳米尺度的剪纸和折纸技术由于能够实现丰富的三维形变,正发展成为一门新兴的研究领域.本文系统地介绍了一种新型的片上三维微纳加工方法—基于聚焦离子束的纳米剪纸/折纸技术.该技术利用聚焦离子束辐照具有不同拓扑形貌的自支撑膜片,可实现优于50 nm精度、前所未见的三维形状变换,包括片上、实时的多向折叠、弯曲、扭曲等形变.提出了"树型"纳米剪纸和"闭环"纳米剪纸两种类型的加工方法,并针对不同类型的工艺特性和优缺点进行分析对比.利用全局扫描纳米剪纸技术制备的闭环纳米结构实现了独特的光学效应,包括超光学手性、超构表面衍射、相位和偏振调控以及光子自旋霍尔效应等.研究结果表明,纳米剪纸/折纸形变技术在保持结构复杂性和功能性的同时,可实现高精度、原位、片上、一步成型的三维微纳加工,可望为三维微纳光子器件的设计、制备和应用提供一类新的设计方法和技术途径,乃至为相关微纳光学、微电子、微机电系统、生物医学等领域的发展提供新颖的加工平台.     

欢迎订阅 欢迎投稿《光学 精密工程》(月刊)

正《光学精密工程》是中国仪器仪表学会一级学术期刊,中国科学院长春光学精密机械与物理研究所主办,科学出版社出版。由国内外著名科学家任顾问,陈星旦院士任编委会主任,青年科学家曹健林博士担任主编。《光学精密工程》坚持学术品位,集中报道国内外现代应用光学、光学工程技术、光电工程和精密机械、光学材料、微纳科学与技术、医用光学、先进加工制造技术、信息与控制、计算机应用以及有关交叉学科等方面的最新理论研究、科研     

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基于整形飞秒激光脉冲的三维微纳制备

飞秒激光脉冲加工具有热效应小、加工精度突破衍射极限、三维内部加工能力等特性,在微纳制备领域独具优势。综述了利用飞秒激光脉冲整形技术结合飞秒激光三维直写进行透明介质中微纳制备的最新进展,这些技术有望在新型集成光学和微纳光学中发挥重要的作用。     

NaYF4∶Yb3+/Eu3+上转换发光微纳粒子在防伪识别中的应用研究

稀土掺杂上转换发光微纳粒子在防伪识别方面有着巨大的应用前景。首先采用水热合成法制备了NaYF₄∶Yb3+/Eu3+微纳粒子,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)对NaYF₄∶Yb3+/Eu3+微纳粒子的尺寸、形貌和结晶度等方面进行了研究,同时使用980 nm的泵浦源对NaYF₄∶Yb3+/Eu3+微纳粒子的发光性能进行了分析;其次将NaYF₄∶Yb3+/Eu3+微纳粒子与酒精按一定比例混合制成丝网印刷剂,结合网络定制的丝网模版在纸上印制了不同字样的防伪图案,风干后将字样暴露在980 nm的激光辐照下,并使用相机对其进行成像研究;最后将印制的字样分成两部分,一部分保存在室内25 ℃恒温环境下,另外一部分保存在冬季一月份室外自然环境下,保存地点均为西安市,一周后对不同环境下的字样再次使用完全相同的实验仪器进行成像测试。实验及测试结果显示,NaYF₄∶Yb3+/Eu3+微纳粒子与NaYF₄标准卡的衍射峰完全一致,没有其他杂质产生;实验合成的微纳粒子外形均为六方体,且平均长度和横截宽度分别为209和175 nm,微纳晶体表面光滑、无缺陷、未弯曲、结晶度较高、分散性较好,电子衍射环与NaYF₄∶Yb3+/Eu3+微纳粒子的312,300和302晶面相对应;NaYF₄∶Yb3+/Eu3+微纳粒子受掺杂离子的影响,在不同的能级跃迁下分别产生蓝、绿、黄、红四种可见光,通过对NaYF₄∶Yb3+/Eu3+微纳粒子荧光光谱分析,Eu3+非对称性比率约为1,表明磁偶极子跃迁与电偶极子跃迁相当;NaYF₄∶Yb3+/Eu3+微纳粒子制成的丝网印刷剂在不同环境下成像结果良好均清晰可见、容易辨识,但受存放环境影响,室内成像结果与最初的成像结果相比变化不大,室外所有成像字符受到自然环境下水汽的影响,亮度均略有下降,但仍能识别。成像结果表明,所制备的NaYF₄∶Yb3+/Eu3+微纳粒子在防伪识别方面具有稳定性、可靠性等特点,但仍受到影响程度可控的自然环境因素影响。综合来看,其在防伪识别方面有着很大的应用前景。     

用于下一代传感和光源的新型材料、光纤及器件

制造技术与复杂模型、设计工具的进步使微纳结构光学器件的实现成为可能。微纳结构光学器件可用于导光与光的相互作用,液态或气态新型光源和传感器件。IPAS致力于新型光学材料研究与开发,将玻璃工艺和光纤开发有机结合,重点研究微纳结构光纤,光纤表面功能处理和器件开发。介绍了IPAS的研究实力和近年的发展概况,其中包括中红外光学材料、纳米粒子嵌入玻璃材料、新型化学和生物传感器(适用于超低量样本及/或体内样本)、激光器件,以及用于光数据处理的新型高非线性光纤。     

微纳光电子与激光专题编者按

微纳光电子技术是目前发展迅速、研究活跃、应用性强的前沿交叉领域之一.人们利用亚波长尺度微纳结构对电磁波振幅、偏振、相位、角动量等进行调控,设计出多种功能性器件,例如:完美吸波器、反射镜/偏折器、光学相控阵天线、超材料/超表面器件、超透镜、轨道角动量(OAM)器件、光频率梳、片上激光器等.可用于微纳光电子器件设计和分析的...     

电磁场递推算法及微纳光学元件中的应用

提出一种电磁场递推算法来分析微纳光学元件体内电磁场的传输.该方法基于Maxwell方程组和电磁场横向的边界条件给出了严格解.以高斯光束在亚波长矩形浮雕光栅体内的传输为例,分析了非匀幅光束在微纳光学元件体内的传输. 关键词： 递推算法 非匀幅光束 微纳光学元件     

苏州大学光学工程

苏州大学光学工程学科,依托苏州大学现代光学技术研究所和苏州大学信息光学工程研究所,是苏州大学的重点优势学科。经过多年的建设,目前拥有江苏省光学工程重点学科、微纳光学优势学科、教育部/江苏省现代光学技术     

利用飞秒激光直写实现透明介电材料中三维维微微纳结构的制备与集成

本文综述了利用飞秒激光三维直写技术,在玻璃和晶体等透明介电材料中实现微流体、微光学、微电子学等一系列功能性微纳结构,并进一步构筑新型微纳光子器件的原理、技术与应用。     

微腔或纳腔中的光—物质相互作用

光学微腔通常由透明介质做成,是用于将光子囚禁在其自身内部的结构。而光学纳腔是类比于微腔,泛指一类能将光场局域在极亚波长的纳米尺度上的结构,一般是由金属性材料与透明介质共同构成的。在与原子分子等量子体系相互作用方面,微腔和纳腔分别从提高腔的品质因子或减小腔的模式体积两个方面来增强光与物质的相互作用。两者殊途同归,区别又相互联系。微腔量子体系一般具有更长的寿命(或量子态相干时间),而纳腔体系的优点是体积小、超快响应且无需低温运行,在发展集成光学芯片方面更有优势。在实际应用中,两者各具特色,相得益彰。     

基于双光子聚合的片上光学互连（特邀）

集成光子芯片是将激光光源、低损耗波导、调制器、探测器等多类光电器件结合在一起,实现功能化集成,在高速光通讯、量子信息处理、光学传感等领域有具有重要的应用。然而由于不同的光电器件基于不同材料体系,实现多材料体系的光电器件集成极其困难。传统的异质集成和单片集成方法难以同时解决定位精度不足、低拓展性、高损耗、低带宽等一系列问题。基于飞秒激光的双光子聚合技术具有高精度和高穿透的优势,可以实现多材料体系的片上微纳光学元件增材制造,具有极高的加工自由度。本文对片上光学元件的激光增材制造这一领域进行综述,探讨了光子引线键合和微空间光路元件两种技术路径,总结了现有技术的发展现状,并对未来的发展前景进行了展望。