北京理工大學：超表面高精制造與動態(tài)調控新進展

微納 光子器件對于推動光子學科的變革性發(fā)展具有重大意義。然而，傳統(tǒng)微納光子器件一經制造，其結構及特性隨之固定，導致器件功能固定、調控維度受限。動態(tài)可調微納光子器件已成為光學領域發(fā)展的最前沿。基于相變材料(PCM)的微納光子器件憑借其獨特的非易失可逆物相切換特性，為可重構與動態(tài)光子學領域提供了全新實現途徑。然而，微納光子器件的功能實現依賴于其微納結構單元，而微納結構形態(tài)的可重構性難度直接限制了器件的調控能力。 RX:R*{]-  
針對這一挑戰(zhàn)，北京理工大學研究團隊提出了一種基于相變材料不同物相構成的二維體素單元超表面構型。直接以不同相變程度的微納物相區(qū)域作為諧振單元，嵌于材料內部，形成二維體素單元。可通過調控這些微納物相單元的形態(tài)、大小、排列以及相變程度，實現動態(tài)可調諧微納光子器件的一體化加工與動態(tài)調控。相比傳統(tǒng)依賴復雜多層異質材料的微納光子器件，可大幅簡化制造工藝，突破了微納結構單元難以重構的瓶頸，可實現超構原子級的調制，提高了器件的靈活性與可控性，為高性能動態(tài)光子器件的開發(fā)提供了新的技術路徑。 k+FMZ,D|  
相變材料（PCM）微納光子器件的應用核心挑戰(zhàn)在于其精密制造與精準調控。超快激光作為一種高度可控的能量場(電磁場)，其形狀和性質精準協同可控，甚至能夠作用至材料電子層面，在極短時間內強力重塑材料的特性、結構和功能。這一能力不僅賦予超快激光成為“無堅不摧”的高質量加工“光刀”；同時，其多維參量可控、無接觸、精確限域調制及超快響應等獨特優(yōu)勢，使其在微納光子、光電及光機械器件的動態(tài)響應調控中，成為“變化自如”的多功能調控“光鑰”。為相變材料物相單元的一體化精密加工與精準調控提供了可能。然而，其核心挑戰(zhàn)在于超快超強光束的精細化操控，而傳統(tǒng)激光直寫技術受限于位移臺精度與機械慣性，難以實現聚焦光斑的精細操控。 ^_@r.y]  
研究團隊提出了基于相位調制的高精度飛秒光場三維偏轉新方法，在《Advanced Science》期刊上發(fā)表了題為《Three-Dimensional Femtosecond Laser Beam Deflection for High-Precision Fabrication and Modulation of Individual Voxelated PCM Meta-Atoms》的研究文章。通過動態(tài)像素化調控閃耀光柵與菲涅爾相位，實現了超快光場在焦平面(x-y)與光軸方向(z)的無慣性偏轉與脈沖多參量協同控制，光場偏轉精度優(yōu)于10nm，實現了任意圖案化“體素”微納物相單元的一致性加工，特征尺寸精度達200nm、圖案化結構重疊率(一致性)達96%；通過這一技術，可以對單個體素單元進行晶化/非晶單元寫入與擦除的精準調控，突破了微納單元形態(tài)不可重構的瓶頸，實現了“亞超構原子級”調制精度。 :'Zx{F`