鈮酸鋰材料因其優異的電光、聲光等特性，被視為下一代光通信網絡、微波光子系統和量子信息處理的光子器件的核心材料。14日晚，南京大學教授張勇、肖敏、祝世寧領銜的科研團隊刊發于國際學術期刊《自然》的一篇文章顯示，其發明的新型“非互易飛秒激光極化鐵電疇”技術，通過控制飛秒脈沖激光射入鈮酸鋰晶體的方向，在晶體內部形成有效電場，完成三維結構的直寫和擦除，首次在鈮酸鋰晶體內實現了納米級的“三維雕刻”。這一新技術，把以往光雕刻鈮酸鋰三維結構的尺寸，從微米量級首次縮小到30納米，大大提高了加工精度。

飛秒激光3D打印納米鐵電疇。圖源：南京大學官網

“在下一代5G/6G通訊和光子芯片的制備領域，鈮酸鋰材料被寄予厚望。然而，受限于傳統加工技術，對鈮酸鋰內部的光學結構的制備，此前僅限于二維空間和微米級分辨率。”15日，該文章的通訊作者、南京大學教授張勇告訴科技日報記者。

此次研究中，團隊將飛秒脈沖激光聚焦于鈮酸鋰晶體內部進行直寫，晶體在高強度激光作用下發生多光子吸收，導致局部晶體溫度升高，在晶體內部形成了一個有效電場。

“激光射入晶體后，二者發生相互作用。需要什么樣的光學結構，就讓激光在晶體里面做相應移動，像用筆畫畫一樣。如果畫錯了，可以用隨后的激光矯正前面的光束，達到‘擦除’效果。”張勇解釋，激光“擦除”的功能，豐富了此前飛秒激光僅能直寫的功能，其對光學結構的修正、重構，將豐富激光加工工藝。

“例如用激光加工器件時，如果發現設計方案有瑕疵，就需要調整器件中的點陣結構。原先的加工方式就要重新設計器件，但有了‘擦除’功能，就可以用激光僅修改有問題的點陣。”張勇認為，這將降低加工迭代的成本。

研究人員還利用這一特性設計了不同的加工工藝，在三維空間上均實現了突破衍射極限的光學結構的尺寸控制，實驗中成功制備出線寬為100納米至400納米的條形光學結構和尖端寬度為30納米的楔形光學結構。

“這項技術有望用于光電調制器、聲學濾波器等關鍵光電器件制備，在5G/6G通信、人工智能、神經網絡、機器學習、光計算等領域有廣泛的應用前景，也將促進高性能三維光、聲、電集成器件的發展。”張勇說。

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