上海光機所用飛秒激光“勾畫”計算全息圖
近日，在國家杰出青年基金和中國科學(xué)院百人計劃等項目的支持下，中科院上海光機所光子技術(shù)實驗室在飛秒激光誘導(dǎo)微納功能結(jié)構(gòu)研究取得新的重要進展，研究發(fā)展了一種新的計算全息方法。該方法利用飛秒激光直寫在金屬薄膜上形成計算全息圖，不需要掩模且不必對基體材料做清洗、刻蝕等特殊的前期及后期處理，通過模擬算法，設(shè)計出Fourier型二元全息圖。該方法克服了傳統(tǒng)計算全息圖工藝復(fù)雜，對環(huán)境要求嚴格等缺陷，有望在光學(xué)互聯(lián)、空間濾波以及三維顯示等領(lǐng)域帶來革新，并得到廣泛應(yīng)用。
把上海光學(xué)精密機械研究所的英文縮寫“SIOM”通過模擬算法得到128×128陣列的二元相位信息。然后通過計算機控制三維加工平臺的移動將此信息寫到金屬薄膜上。圖(a)為飛秒激光制備的計算全息圖的光學(xué)顯微鏡照片。128×128陣列像素點由飛秒激光直寫在樣品上3×3mm2的區(qū)域內(nèi)。將波長為633 nm的He-Ne激光耦合到圖(a)的計算全息圖上，在接收屏上得到了“SIOM”的信息再現(xiàn)，如圖(b)所示。如果將全息圖相對He-Ne激光呈一定角度放置，可以同時得到透射和反射的信息再現(xiàn)圖。相關(guān)論文發(fā)表后被美國的Photonics Spectra (June 2005)作了詳細報道。
同時，該實驗室還結(jié)合飛秒激光干涉技術(shù)以及脈沖激光轉(zhuǎn)寫技術(shù)，利用多光束飛秒激光干涉將周期微結(jié)構(gòu)從鍍有金屬薄膜的支撐基體轉(zhuǎn)寫到另一接受基體上，實現(xiàn)了同時在支撐基體的金屬薄膜上形成了與接受基體上正負相反的周期微結(jié)構(gòu)。周期點陣的直徑小于1μm，周期為2.5μm。飛秒激光干涉轉(zhuǎn)寫技術(shù)有望在制備衍射光學(xué)元件、光子晶體以級微電子封裝中布置焊點陣列等領(lǐng)域得到應(yīng)用。
另外他們與日本京都大學(xué)研究小組合作發(fā)現(xiàn)了單光束飛秒激光誘導(dǎo)的沿激光傳輸方向形成的納米周期孔洞結(jié)構(gòu)。孔洞大小可達250，周期為數(shù)個μm。這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)為構(gòu)筑三維光子晶體開辟了新的途徑。相關(guān)論文發(fā)表在美國化學(xué)學(xué)會的Nano Letters(影響因子8.449)雜志上。目前，這項研究正就該現(xiàn)象的普適性和機理方面作進一步深入探究。
2004年至今，該研究小組在相關(guān)領(lǐng)域發(fā)表SCI收錄論文20多篇，其中影響因子大于3的9篇，在國際會議上作邀請報告5次。應(yīng)邀編著的日語著作《飛秒技術(shù)的基礎(chǔ)與應(yīng)用》將于明年初由日本化學(xué)同人出版社出版。
