微透镜阵列的制备与应用研究进展

微透镜阵列是一种多功能的微光学元件,可以对入射光进行扩散、光束整形、光线均分、光学聚焦等调制,进而实现大视角、低像差、小畸变、高时间分辨率和无限景深等,在光电器件和光学系统的微型化、智能化和集成化方面具有重要的应用潜力.介绍了微透镜阵列的光学原理和发展历程,综述了喷墨打印、激光直写、丝网印刷、光刻技术、光聚合技术、热熔回流技术和化学气相沉积法等微透镜阵列制备技术,总结了微透镜阵列在成像传感、照明光源、显示和光伏等领域的应用进展,最后对微透镜阵列的发展方向进行了展望,讨论了曲面微透镜、叠加复眼系统以及微透镜与新型光电材料结合等新方向的发展趋势和未来挑战.     

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。     

三维光子集成芯片的进展与挑战（特邀）

以光子为信息传输媒介的光子集成芯片,具有高带宽、高速率、高灵敏度等优点,在光通信、光互联、光学传感等领域得到了广泛的研究与应用。为了进一步提高光子集成芯片的集成度、扩展光子集成芯片的功能,在原本二维平面的光子集成芯片的基础上,通过晶圆键合、气相沉积、磁控溅射等方法,制备三维集成光子芯片。利用多层堆叠的方式,使光子集成芯片在厚度上进行拓展,在紧凑的尺寸上,实现大规模集成光子芯片的制备。本文介绍了几种三维光子集成芯片的材料平台与制备工艺,包括单晶硅（c-Si）键合、SiN-on-SOI、非晶硅（a-Si）沉积、多晶硅（p-Si）沉积和聚合物三维光子集成芯片制造平台,结合关键器件与在光互连、光通信、激光雷达等领域的应用,介绍了不同工艺平台的发展现状与挑战。     

光子晶体器件进展

光子晶体对光具有独特的局域、反射、传导、分束、耦合、调制、慢光等操纵能力,使其成为微/纳光电集成的重要材料之一。介绍了光子晶体的几种重要物理特性——带隙特性、慢光特性、自准直和负折射特性,叙述了光子晶体集成器件方面所取得的最新进展,对光子晶体器件的发展动向做了展望。     

飞秒激光加工铌酸锂晶体：原理与应用

由于具有超短的脉冲宽度和极高的峰值强度,飞秒激光微加工是一种有效的材料加工方法, 已广泛应用于光子集成器件的加工。铌酸锂晶体具有优异的电光、非线性光学和压电特性,是集成 光学和导波光学中常见的材料。本文综述了飞秒激光对铌酸锂晶体的处理,重点介绍了飞秒激光加 工的物理原理及其制备的铌酸锂基光子器件的最新进展。飞秒激光技术使铌酸锂晶体在微纳光子学 领域具有广阔的应用前景。     

飞秒激光加工铌酸锂晶体：原理与应用（英文）

由于具有超短的脉冲宽度和极高的峰值强度,飞秒激光微加工是一种有效的材料加工方法,已广泛应用于光子集成器件的加工。铌酸锂晶体具有优异的电光、非线性光学和压电特性,是集成光学和导波光学中常见的材料。本文综述了飞秒激光对铌酸锂晶体的处理,重点介绍了飞秒激光加工的物理原理及其制备的铌酸锂基光子器件的最新进展。飞秒激光技术使铌酸锂晶体在微纳光子学领域具有广阔的应用前景。     

二维硅基平板光子晶体器件

硅材料在红外通讯波段具有低损耗和高折射率的特性,使得其成为集成光学领域中应用最广的材料之一.主要介绍了本课题组在二维硅基平板光子晶体中实现微纳尺度上光调控的研究进展,讨论了利用光子晶体的缺陷态实现各种集成光学器件,包括光子晶体波导、微腔和利用光子晶体波导和微腔形成的滤波器.还介绍了光子晶体中特殊的光折射现象,包括红外波...     

铌酸锂基光量子器件与集成技术：机遇与挑战

铌酸锂材料具有宽的透光范围和高的非线性光学、电光、声光、热光系数,且化学性能稳定,是理想的光子集成芯片的衬底材料。在量子光学领域,人们已经发展出一系列铌酸锂基集成器件,能够实现光子态的高效率产生、调控、频率转换、存储和异质集成的单光子探测,有望实现全集成的频率态操控、确定性多光子态制备和单光子间相互作用,最终形成全功能集成的有源光量子芯片,推动量子物理基础研究和光量子信息应用发展。文章回顾了基于铌酸锂基量子集成的研究进展,并对其在未来光量子信息时代的机遇与挑战进行探讨。     

《发光学报》征稿内容

本刊征集凝聚态物质中和激发态过程研究有关的原创性论文。主要学术专题包括:1.无机、有机和生物材料的光致发光、电致发光和阴极射线发光及其应用;2.量子阱材料、光子晶体材料、左手材料、纳米材料的光学和光电性质及其应用;3.多光子过程,发光中心、缺陷、元激发态动力学,光存储材料及器件;4.集成光学,激光光谱学,腔量子电动力学和非线性光学;     

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。     

基于光场调控的飞秒激光直写光波导研究进展(特邀)

飞秒激光直写是一种无掩模、高效、灵活的三维加工技术,可以对材料实现微纳米级加工,已经成为应用最广泛的材料精密加工技术之一.基于光波导的微纳光子器件(如分束器、频率转换器和电光调制器等),不但可以保持块体材料本身的优异特性,还能极大提高器件的性能和集成度,具有块体材料器件所不具备的特点和优势.因此,对集成光波导和光波导器...     

介质超构表面的CMOS兼容制备工艺的进展

超构表面为纳米光子器件赋予了更高的自由度与灵活度，使实用的微纳米光子器件的实现成为可能。基于高折射率半导体材料的介质超构表面制备技术可以和半导体集成电路的制作工艺结合，有希望在攻克超构表面大面积和高通量制备技术难题上发挥重要的作用，因此对其光场调控性能和制备工艺的研究是该领域近年来的重要发展方向。本文从硅、氮化硅和二氧化钛等介质超构表面出发，介绍了超构表面高通量制造技术的发展。此外，介绍了基于大面积制造技术实现实际应用的基于纳米光子器件的光学器件，如显示、成像、光调控器件。     

超低损耗铌酸锂光子学

铌酸锂光子集成是推动未来高速光通信和光信息处理领域变革性发展的重要前沿技术。介绍了利用铌酸锂光子芯片制造技术制备集成光路中关键光子结构与器件的最新研究进展。得益于单晶铌酸锂晶体的高非线性系数和强电光效应,利用制备的高性能铌酸锂光子器件演示了多种高效的非线性光学过程。     

石墨烯-硅基混合光子集成电路

近年来硅基光子学已经慢慢走向成熟,它被认为是未来取代电子集成电路,实现下一代更高性能的光子集成电路的关键技术.这得益于硅基光子器件与现代的互补金属氧化物半导体工艺相兼容,能够实现廉价的大规模集成.然而,由于受硅材料本身的光电特性所限,在硅基平台上实现高性能的有源器件仍然存在着巨大挑战.石墨烯-硅基混合光子集成电路的发展为解决这一问题提供了可行的方案.这得益于石墨烯作为一种兼具高载流子迁移率、高电光系数和宽带吸收等优点的二维光电材料,能够方便地与现有硅基器件相集成,并充分发挥自身的光电性能优势.本文结合我们课题组在该领域研究的一些最新成果,介绍了国际上在石墨烯-硅基混合光子集成电路上的一些重要研究进展,涵盖了光源、光波导、光调制器和光探测器四个重要组成部分.     

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.     

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。     

红外微透镜阵列及其与MCT红外焦平面的集成

针对中短波碲镉汞（MCT）红外焦平面探测器的使用要求,设计了用于混合集成和单片集成且尺寸大小与探测器像元结构匹配的方形底折射微透镜阵列。采用热熔成形和（反应）离子柬刻蚀转移技术制作了多种红外材料微透镜,如Si、Ge、GaAs、蓝宝石以及红外玻璃（IRG-103和IRG-104）微透镜。针对混合集成和单片集成的不同要求,选用多种光刻胶如AZ6112和AZ6130等不同厚度的胶以及SUN-120P低熔点正型光刻胶,进行热熔和刻蚀实验,遴选分别适用于混合和单片集成的光刻胶。优化光刻胶和衬底材料的刻蚀速率比,得到高填充因子和合适光学参数的微透镜阵列。探究了SUN-120P低熔点正型光刻胶的特性和通过离子柬刻蚀转移视线实现零间距透镜的工艺。最后介绍了与MCT红外焦平面阵列器件的集成方式和工艺进展。     

大规模集成光量子芯片实现高维度量子纠缠

正集成光学量子芯片技术,使用半导体微纳加工工艺实现各种核心光量子器件的片上集成,包括单光子源、量子态操控光路与量子态测量光路、以及单光子探测器等,从而可实现对量子信息的载体(单光子)进行处理、计算、传输和存储等功能~([1])。集成光学量子芯片技术具有稳定性高、性能好、体积小、制造成本低等优点,被认为是一种实现量子通信、量子计算和量子模拟等     

铅卤钙钛矿法布里-帕罗谐振腔激光器

随着后摩尔时代的到来,对大容量、高速度信息处理的需求使得半导体器件应用由电子集成转向光子集成,高性能微纳激光器是实现光子集成的重要环节.种类丰富的半导体材料促进了半导体微纳激光器的快速发展,近年来,随着大量新型半导体材料(如二维半导体、铅卤钙钛矿等)的涌现,有望实现半导体微纳激光器性能的进一步提升.由于钙钛矿材料具有高光吸收、缺陷高容忍、激子结合能大等优异光学性质,使其成为高增益、低阈值半导体微纳激光器的优秀候选材料.法布里-珀罗(F-P)谐振腔激光器是钙钛矿激光器中研究广泛、结构简单、应用价值较高的一类激光器.本文以铅卤钙钛矿F-P谐振腔激光器为例,对其工作机理以及近年来的研究成果进行综述,从激子与光子弱耦合的光子激光和强耦合的极化子激光两个方面出发,详细介绍了钙钛矿材料既作为增益介质又作为谐振腔的F-P结构激光器以及仅作为增益介质的F-P腔激光器的激光的产生原理和影响因素,最后总结了钙钛矿F-P谐振腔激光器当前面临的挑战,展望了其进一步发展可能具备的前景.     

光学超透镜突破衍射极限成像

随着纳米光子学理论和材料微纳加工技术的发展,人们已能够在纳米尺度上对光子进行操控,例如利用“人工原子”的概念构造的超构材料,具有特殊的光学常数,获得传统光学材料所不具备的新奇电磁性质．对光子的操控,有望使光子成为新一代的信息载体,最终实现纳米光电集成和全光网络．