基于聚焦离子束纳米剪纸/折纸形变的三维微纳制造技术及其光学应用

高精度的三维微纳制造技术是现代光电子学和微纳光子学发展的重要基础之一,是实现下一代微纳光子集成器件的重要前提.纳米尺度的剪纸和折纸技术由于能够实现丰富的三维形变,正发展成为一门新兴的研究领域.本文系统地介绍了一种新型的片上三维微纳加工方法基于聚焦离子束的纳米剪纸/折纸技术.该技术利用聚焦离子束辐照具有不同拓扑形貌的自支撑膜片,可实现优于50 nm精度、前所未见的三维形状变换,包括片上、实时的多向折叠、弯曲、扭曲等形变.提出了“树型”纳米剪纸和“闭环”纳米剪纸两种类型的加工方法,并针对不同类型的工艺特性和优缺点进行分析对比.利用全局扫描纳米剪纸技术制备的闭环纳米结构实现了独特的光学效应,包括超光学手性、超构表面衍射、相位和偏振调控以及光子自旋霍尔效应等.研究结果表明,纳米剪纸/折纸形变技术在保持结构复杂性和功能性的同时,可实现高精度、原位、片上、一步成型的三维微纳加工,可望为三维微纳光子器件的设计、制备和应用提供一类新的设计方法和技术途径,乃至为相关微纳光学、微电子、微机电系统、生物医学等领域的发展提供新颖的加工平台.

可形变光学超构表面及其动态调控

经过近10年的发展,超构表面作为一种新型的二维人工微纳结构,在光场特性调控方面展现出了巨大的研究潜力。但要实现小型化、集成化的超构表面光电子器件,还需要进一步发展具备动态调控功能的光学超构表面。本文综述了近年来发展的可形变超构表面的研究进展,简要概述了以纳米剪纸技术为基础的可形变超构表面的设计和实现方法,并重点介绍了其在相位、偏振、光学手性、非线性辐射等方面优异的调控性能及其应用。这种灵活的、易实现的可形变超构表面在光场动态调控方面具有独特优势,为设计和实现新型微纳光电子器件提供了新的策略,有望推动新兴的应变光电子学的发展。

旋桨手性微纳结构及其圆二色性研究进展

手性是自然界的基本属性之一,其概念已经深入到我们生活的各个方面,比如艺术品、建筑设计、医药、农药、生命、信息、手性光电功能材料和器件等领域.自从科学家在19世纪发现手性物质的光学活性以来,手性光与物质相互作用研究已经成为光学领域最前沿的研究之一.由于天然手性物质的手性光学响应很弱且难以调谐,研究者创造性地设计出了各种各样的人工手性结构来增强手性光学相互作用,并实现了许多新颖的物理现象.与传统的螺旋型手性结构不同,本文重点介绍了基于纳米剪纸技术的人工旋桨手性微纳结构及其在手性光学中的应用.这种人工旋桨手性与传统的手性结构在几何形貌和物理响应机制等方面有着很大区别,例如具有新颖的面外立体扭曲和手性竞争机制.这些独特之处使其在光学圆二色性调控方面具备突出优势,仅通过微小扰动就能实现圆二色性强度、符号、波长的灵活剪裁,为新型人工手性微纳结构提供了新颖的设计思路,并为深入研究手性物理提供了一个理想平台.