《利用飛秒雷射直寫技術實現高品質因子三維微腔研究》是依託中國科學院上海光學精密機械研究所，由程亞擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：利用飛秒雷射直寫技術實現高品質因子三維微腔研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：程亞
- 依託單位：中國科學院上海光學精密機械研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
飛秒雷射脈衝具有極短的脈衝寬度和極高的峰值功率，與物質相互作用時呈現出強烈的非線性效應。它的多光子吸收機制可用來加工長脈衝無法加工的透明介質。由於飛秒脈衝作用時間極短，熱效應非常小,因而大大提高了加工精度。利用飛秒雷射直寫技術，可以在透明材料內部實現三維立體微納加工。基於上述優點，該技術已成為微製造領域的研究熱點，在微流體、微電子、微光學、微機電系統和生物醫學等領域已展露出重要的套用前景。特別是作為光子學領域的重要前沿，回音壁模式的光學微腔能把光能量長時間限制在小體積內，在量子光學及量子電動力學領域具有廣泛的套用。然而利用平面光刻技術，無法實現三維結構微腔，從而對形成三維可控的光場模式與實現光與微腔的三維耦合造成顯著障礙。飛秒雷射直寫能夠突破二維光刻技術的瓶頸，有望解決上述困難。本課題將利用飛秒雷射直寫技術製備具有高品質因子的三維光學微腔，並嘗試表征腔中的光場調控特性及開拓相關套用。
結題摘要
作為光子學領域的重要前沿，回音壁模式的光學微腔能把光能量長時間限制在小體積內，在量子光學及量子電動力學領域具有廣泛的套用。然而利用已有平面光刻技術，無法實現三維結構微腔，從而對形成三維可控的光場模式與實現光與微腔的三維耦合造成顯著障礙。本項目利用飛秒雷射直寫技術特有的三維微納加工優勢，在多種透明材料中實現回音壁模式的光學微腔，並發展了有效抑制微盤腔光損耗的新技術，實現了腔中的光場調控特性表征，並圍繞光學微腔展開相關非線性光學與量子光學研究，結合現有的微流、微光子器件，集成和構建新型功能性器件，開拓相關套用。課題負責人作為通信作者在Optica (IF=5.205)，Phys. Rev. Appl. (IF=4.061)，Sci. Rep.(IF=5.228)等國際知名SCI 刊物發表論文10篇。負責人作為第一報告人，應邀在光電子領域權威性國際會議（如Photonics West、APLS、PULMM、COLA等）做邀請報告11次。申請發明專利2項。期間培養博士生2名，碩士生3名。取得的重要成果包括：1、採用水輔助的飛秒雷射刻蝕及二氧化碳雷射回流技術，首次在釹玻璃襯底上製備了高品質因子的光學回音壁模式有源微腔，品質因子超過10^6，並在室溫下，實現低閾值激射；2、首次利用飛秒雷射直寫結合聚焦離子束研磨微腔的方案，製備了尺寸小於50微米的氟化鈣晶體微腔，為晶片上的亞百微米尺寸的晶體微腔的製備及非線性光學套用、實現量子光源開闢新的路徑；3、利用飛秒雷射直寫與聚焦離子束研磨製備高品質晶體回音壁模式光學微腔，所得鈮酸鋰薄膜微腔品質因子在1550 nm波段高達10^6，並演示了微腔中的二次諧波產生，歸一化轉換效率可達1.1×10^(-3) /mW, 為實現緊湊的頻率轉換器、單光子光源、光學頻率梳等功能器件奠定了基礎；4、研究了集成光纖錐和微流通道的微腔感測器的加工技術及性能參數，具有高探測靈敏度（氯化鈉溶液中實現1.2×10^(-4)RIU）,在生化分析探測領域具有重要的套用前景。
