激光网2月27日消息，飞秒激光发射持续时间低于 1 皮秒的超短光脉冲，到达飞秒域。飞秒激光器的特点是脉冲宽度极短，峰值强度高。
超短的爆破可最大限度地减少余热，确保精确的材料加工，同时将附带损害降至最低。它们的高峰值强度会引起非线性光学相互作用，如多光子电离和等离子体形成，为各种应用提供对激光能量的精确空间控制。
飞秒激光器的非线性约束效应允许纳米级分辨率，实现小于光衍射极限的特征。这些激光器用途广泛，因为它们可以处理各种材料，包括金属、半导体、陶瓷、聚合物和复合材料，而无需掩模或光刻胶。它们聚焦在透明材料中的能力也有助于创建复杂的三维结构，这对于制造集成光子芯片至关重要。
总体而言，飞秒激光器是精密微加工和光子学制造的理想选择。
对单元结构和间隙进行精确的纳米级控制对于在近红外和可见光范围内有效控制光子晶体中的光至关重要。飞秒激光器通过直接在透明材料中制造 3D 微纳结构，利用其超短脉冲持续时间实现卓越的精度，从而在制造这些结构方面表现出色。
发表在《光：科学与应用》上的一项研究证明了这一点，该研究介绍了一种使用纳米级飞秒激光多光束光刻制造光子晶体结构的方法。研究人员将可控的多光束光场聚焦在晶体内部，并将其与化学蚀刻相结合。这种方法可以精确控制亚波长大小的结构单元和间隙，克服了单光束处理的局限性。
所提出的方法具有成本效益和简单性，可在晶体内部实现3D光子晶体结构，在光通信和光操纵方面具有潜在的应用。
材料科学和纳米加工的进步导致了对周期性纳米结构表面的探索，例如等离子体和介电超表面，用于高级光子学应用。传统上，采用光刻方法来处理这些周期性表面结构，这可能既复杂又耗时。
然而，聚焦飞秒激光器提供了一种适用于各种材料的一步法、无掩模和高效的替代方案。这允许通过激光诱导 PSS 创建小于激光波长的特征。
最近的研究，特别是那些研究LiNbO等宽带隙透明晶体的研究3，展示了飞秒激光器在通过受控加热策略制造具有增强光吸收的大面积LIPSS方面的潜力。这为LiNbO以外的介电晶体的精密制造提供了一条有前途的途径3.
飞秒激光直写为在透明基板中制造 3D 光子集成电路提供了巨大的潜力。然而，该技术的一个关键挑战是在激光照射区域内实现平滑和较大的折射率变化，这阻碍了紧凑型 PIC 的发展。
发表在《中国科学》《物理、力学与天文学》上的一项研究解决了这个问题，提出了一种显着抑制小曲率半径波导弯曲损耗的方法，从而为小型化3D光子集成电路铺平了道路。
所提出的方法涉及使用飞秒激光直接写入在熔融石英中刻下多个修饰轨道，从而增强折射率对比度并成功降低弯曲波导的弯曲损耗。这一突破有望提高3D光子器件的集成密度和灵活性。
飞秒激光辐照后化学蚀刻利用激光诱导的化学性质变化来选择性地蚀刻激光修饰区域。这使得复杂的3D微纳米结构可以直接写入介电材料内部。FLICE已被应用于为玻璃中的微流体和3D光流体创建嵌入式中空微结构。
最近的工作已经在YAG和蓝宝石等晶体中实现了超过100000的超高蚀刻选择性。这使得纳米级的 3D 光子晶格、波导和纳米孔成为可能，而不会破坏晶体。
作为一种无掩模、高精度的 3D 加工技术，飞秒激光加工可以对薄膜铌酸锂等材料进行表面光刻。这一突破成功克服了材料集成方面的挑战，并实现了高性能光子元件的制造。
例如，研究人员使用飞秒激光辅助化学机械抛光光刻在铌酸锂芯片上创建低损耗波导和高 Q 微谐振器。这种处理策略具有强大的潜力，可以使集成光子学的不同晶体平台功能化。
飞秒激光器的硅烧蚀涉及使用超短脉冲来精确地去除硅衬底上的材料。该过程在精密光子学中至关重要，可以创建具有最小热损伤的复杂结构，从而能够制造高质量的光学器件，如光波导。
RIKEN先进光子学中心的研究人员开发了一种称为BiBurst模式的新技术，该技术使用以MHz包络分组的飞秒激光脉冲的GHz脉冲脉冲进行高效和高质量的硅烧蚀。这些调查结果发表在《国际极限制造杂志》上。
该团队证明，利用 BiBurst 模式可以以比单脉冲模式快 4.5 倍的速度进行硅烧蚀，并具有卓越的质量。该机制涉及在先前脉冲产生的吸收位点吸收后续脉冲，有助于提高效率。这一突破可能会对飞秒激光加工的基础研究和工业应用产生重大影响，从而提高吞吐量和微纳加工精度。
飞秒激光写入以其低成本、简单性和快速原型设计能力而脱颖而出，适用于无源和可重构的集成光子电路。该技术的快速可重构性使其对光学实验室的初始阶段评估很有价值。
发表在《应用物理快报》上的一项研究采用FLW技术制造了可编程的双量子比特量子光子处理器。制造的FLW量子处理器实现了高保真度，单量子比特门为99.3%，双量子比特CNOT门为94.4%。
尽管存在传播损耗和低折射率对比度等挑战，但FLW芯片与标准单模光纤表现出自然的低损耗耦合，在量子光子实验中具有优势。
