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Scientific Report文章解讀:雙高斯凸透鏡DBR光學微腔

更新時間:2018-02-06點擊次數(shù):862

導 | 讀 

 

    近期,瑞士IBM蘇黎世研發(fā)中心的Colin博士和Swisslitho公司的Martin博士用熱掃描探針(T-SPL)納米加工技術(shù),配合干法蝕刻解決方案實現(xiàn)了相互作用微腔(兩個相鄰的光學微腔),并對微腔距離進行了控制,實現(xiàn)了兩個微腔光場的相互作用。相關(guān)工作發(fā)表在Nature子刊 Scientific Report。

 

T-SPL納米加工技術(shù)

 

    熱掃描探針(T-SPL)納米加工技術(shù)是種灰度刻蝕技術(shù)。與傳統(tǒng)意義上的3D打印技術(shù)相比,3D模型以灰度圖的形式呈現(xiàn)和加工,技術(shù)難度要比3D打印技術(shù)要小得多;而且,灰度刻蝕與標準微電子加工工藝,如沉積和蝕刻等直接兼容,因此具有廣泛的應(yīng)用前景。例如,在光學/光子學方面,它可以用來制造任意光學曲面、多模光波導,光子晶體以及高Q值的光學微腔。在量子光子學中,高Q因子意味著光損失小,單位模式中有更多的光量子。在電子光學上,可以用螺旋結(jié)構(gòu)來將軌道角動量傳遞給自由電子。相比平面結(jié)構(gòu),三維結(jié)構(gòu)具備更多的功能和更好的性能。

圖1 T-SPL的原理 

 

納米加工技術(shù)對比 

 

    傳統(tǒng)納米加工技術(shù)中,電子束蝕刻(EBL)是目前*的直寫技術(shù),也能夠進行這種灰度的光刻。然而,當結(jié)構(gòu)小于1微米時,電子束在光刻膠內(nèi)的弛豫散射要計算,需要進行三維距離校正。聚焦離子束(FIB)同樣可以用于灰度光刻。然而,由入射離子引起的表面注入,深度延伸可以超過數(shù)百納米,并且需要進行復雜的計算實現(xiàn)臨近校正。此外,由于事故的電離造成的損害,F(xiàn)IB加工過的表面對進步處理非常敏感。此時,T-SPL技術(shù)的勢就突顯出來了。

 

T-SPL納米加工技術(shù)的應(yīng)用 

 

    Colin博士用T-SPL技術(shù),制備了正旋波圖形(圖2a, b),螺旋相位板(圖2c, d),凹透鏡(圖2e, f),16方格棋盤(圖2g, h)。圖形結(jié)果和設(shè)計匹配,棋盤實驗中,臺階的高度僅為1.5nm。得益于閉環(huán)的直寫算法,將每次直寫后探測的深度信息反饋并修正下行的直寫, T-SPL技術(shù)實現(xiàn)了納米高精度的3D直寫。

圖2 用T-SPL技術(shù)制備各種微結(jié)構(gòu),圖形結(jié)果和設(shè)計匹配 

 

光子分子—雙高斯凸透鏡DBR光學微腔 

 

    Colin博士進步設(shè)計了光子分子——雙高斯凸透鏡DBR光學微腔(圖3)。在SiO2上刻蝕兩個相鄰的凹高斯透鏡結(jié)構(gòu),并以此為模板制作了TaO5/SiO2布拉格反射鏡(DBR);用發(fā)光染料作為增益介質(zhì)制備在DBR中間形成法布里-珀羅(Fabry–Pérot)光學微腔,發(fā)光燃料層在結(jié)構(gòu)部分形成高斯凸透鏡,相鄰兩個凸透鏡各自約束路光場在DBR中形成諧振。 

圖3 光子分子的設(shè)計,制備和表征

 

    通過加工多種不同間距的凸透鏡對,Colin博士研究了不同距離下,兩個諧振光場的耦合作用,以期實現(xiàn)基于交互強度控制的類腔陣列量子計算技術(shù)。T-SPL高精度3D納米加工技術(shù)必將推動量子計算的研究向個關(guān)鍵里程碑邁進。

 

參考文獻:Control of the interaction strength of photonic molecules by nanometer precise 3D fabrication.

  

Swisslitho公司榮獲“瑞士產(chǎn)品獎” 

    2017年11月13日,Swisslitho公司因NanoFrazor 3D納米直寫設(shè)備(采用熱掃描探針納米加工技術(shù))的研發(fā)和*勢獲得“瑞士產(chǎn)品獎”。該獎項主要獎授予“具有*、高技術(shù)、高質(zhì)量的、的產(chǎn)品創(chuàng)新能力,具有高價值,強大潛力的公司”。

 

圖為Swisslitho公司團隊于蘇黎世市中心舉行的頒獎典禮

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