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江苏化工网 江苏省化学化工学会 会员动态 非互易近红外激光写入技术,纳米级分辨率
非互易近红外激光写入技术,纳米级分辨率
  发布日期:2022-09-22

众所周知,铌酸锂(LiNbO3)是一种很有前途的光通信和量子光子芯片材料。这种晶体具有优异的电光、声光和非线性光特性,是下一代光通信网络、微波光子系统和量子信息处理的光子器件的核心材料。

南京大学现代工程与应用科学学院的张勇团队提出并实验演示了一种新的非互易近红外(NIR)激光写入技术,可以实现三维LiNbO3纳米畴工程的可控可逆的构建。在此之前,电场极化的LiNbO3铁电畴结构一直停留在微米分辨率的二维结构。与传统的超快激光写入技术不同,本文提出的激光诱导畴工程在很大程度上依赖于激光写入方向。其基本原理为激光诱发电场,并且在激光束的焦点处,近红外光的多光子吸收产生局域温度场,其中两种物理机制主使得光- LiNbO3畴发生相互作用,进而控制铌酸锂晶体的三维畴结构。该技术可以制备出超越现有技术水平的任意三维铁电畴结构。并且LiNbO3畴工程的分辨率可以低至30 nm。该工作以题为“Femtosecond laser writing of lithium niobate ferroelectric nanodomains”的文章发表于Nature上。

利用这一技术,文中制备了两个LiNbO3纳米畴结构作为例子。第一个是尺子形状的畴纳米片。尺子的框架水平宽度为1.3 μm,垂直高度为1.6 μm。这一子形状的畴纳米片是通过重复激光极化加工而成的。标记的宽度分别为200nm、400nm和600nm。不同宽度的编辑则是这是通过采用不同移动距离d的激光写入-擦除形成。此外,尺的厚度也可以通过逐行擦除工艺减少到200nm。另一个是是一个广角非线性衍射光栅,它是通过交替使用激光笔和激光橡皮所制备,制备的结构域尺寸为250 nm,周期为500 nm。证明该技术可以实现纳米尺度的畴纳米片的制备。

对LiNbO3铁电畴的高分辨率可重构操作可以显著提高控制非线性光相互作用的能力,以实现高效的频率转换和窄线宽量子纠缠的产生。除了光学,纳米畴工程技术还为实现高性能铁电畴壁纳米电子器件铺平了道路,可以应用于高容量可重写非易失性存储器。此外,人们可以通过这一技术制造纳米级LiNbO3域阵列来组成超过10 GHz的高频声谐振器和滤波器。

全文链接:

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05042-z

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