上海光機(jī)所用飛秒激光“勾畫(huà)”計(jì)算全息圖
近日，在國(guó)家杰出青年基金和中國(guó)科學(xué)院百人計(jì)劃等項(xiàng)目的支持下，中科院上海光機(jī)所光子技術(shù)實(shí)驗(yàn)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(jìn)展，研究發(fā)展了一種新的計(jì)算全息方法。該方法利用飛秒激光直寫(xiě)在金屬薄膜上形成計(jì)算全息圖，不需要掩模且不必對(duì)基體材料做清洗、刻蝕等特殊的前期及后期處理，通過(guò)模擬算法，設(shè)計(jì)出Fourier型二元全息圖。該方法克服了傳統(tǒng)計(jì)算全息圖工藝復(fù)雜，對(duì)環(huán)境要求嚴(yán)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(lái)革新，并得到廣泛應(yīng)用。
把上海光學(xué)精密機(jī)械研究所的英文縮寫(xiě)“SIOM”通過(guò)模擬算法得到128×128陣列的二元相位信息。然后通過(guò)計(jì)算機(jī)控制三維加工平臺(tái)的移動(dòng)將此信息寫(xiě)到金屬薄膜上。圖(a)為飛秒激光制備的計(jì)算全息圖的光學(xué)顯微鏡照片。128×128陣列像素點(diǎn)由飛秒激光直寫(xiě)在樣品上3×3mm2的區(qū)域內(nèi)。將波長(zhǎng)為633 nm的He-Ne激光耦合到圖(a)的計(jì)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(duì)He-Ne激光呈一定角度放置，可以同時(shí)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(guó)的Photonics Spectra (June 2005)作了詳細(xì)報(bào)道。
同時(shí)，該實(shí)驗(yàn)室還結(jié)合飛秒激光干涉技術(shù)以及脈沖激光轉(zhuǎn)寫(xiě)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(xiě)到另一接受基體上，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)在支撐基體的金屬薄膜上形成了與接受基體上正負(fù)相反的周期微結(jié)構(gòu)。周期點(diǎn)陣的直徑小于1μm，周期為2.5μm。飛秒激光干涉轉(zhuǎn)寫(xiě)技術(shù)有望在制備衍射光學(xué)元件、光子晶體以級(jí)微電子封裝中布置焊點(diǎn)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(dá)250，周期為數(shù)個(gè)μm。這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)為構(gòu)筑三維光子晶體開(kāi)辟了新的途徑。相關(guān)論文發(fā)表在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)的Nano Letters(影響因子8.449)雜志上。目前，這項(xiàng)研究正就該現(xiàn)象的普適性和機(jī)理方面作進(jìn)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(guó)際會(huì)議上作邀請(qǐng)報(bào)告5次。應(yīng)邀編著的日語(yǔ)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。
