ayx安卓：三维可定制超宽带微标准光学色散

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  光学色散作为根底物理现象，能将复色光分解为不同波长的单色光（如彩虹构成），在光谱分析、精细丈量与光学成像等前沿范畴发挥着无法代替的效果。跟着可穿戴光电体系、片上集成光子学的迅猛开展，研发具有微米级特征标准的光子器材，已成为开发新一代小型化、集成式配备的中心要害。但是，传统的色散元件（如棱镜、干与仪、衍射光栅）受限于厘米量级光程要求和苛刻的几许对准精度，难以满意超紧凑光学体系对空间功率与结构鲁棒性的要求。在此布景下，微标准光学色散（MOD）技能应运而生，旨在将色散作业标准紧缩至微米量级，已成为集成光子学的前沿研讨热门。而开发兼具宽带呼应、紧凑标准、高色散精度及强安稳性的MOD器材，并完成其简捷高效的规划制作，是当时亟待打破的科学与技能应战。

  最近，浙江大学邱建荣教授团队及合作者经过超快激光在铌酸锂晶体中诱导人工色散微区完成了三维自由空间中超宽带光学色散的按需定制，该计划支撑在50×10×6 m 超紧凑空间内准确按需构建具有超宽带光谱呼应（ 1300 nm）的MOD渠道，该渠道展现出高度规划灵活性、视点不活络特性及优异的极点环境抗干扰的才能，为新式宽带片上微型光谱仪、高光谱成像、信息记载、防伪加密等使用拓荒了全新技能途径，为推动三维集成光子学的开展供给了全新思路。该效果以“3D ultra-broadband optically dispersive microregions in lithium niobate”为题发表于Nature Communications。

  为了将光学色散紧缩至微米标准，本研讨经过超快激光在铌酸锂晶体内部诱导亚波长相变纳米条纹（SPNs）构建色散微区（图1a）。因为超快激光与铌酸锂晶体相互效果过程中纳米等离子体的各向异性成长，焦点体积内的SPNs呈周期性摆放，其中非晶态纳米条纹宽度约为20 nm，周期约为200 nm（图1b）。因为铌酸锂晶体和非晶相之间显着的折射率差异，依据有用介质理论，色散微区可等效视为各向异性介质层，对入射光的相位和偏振进行二次调制（图1c），然后在激光润饰区域内树立O光和E光的频率相关干与（图1d），干与光频率与O光和E光抵达色散微区时的相位差相关（图1e）。经过规划激光写入途径在晶体内部构建光楔结构，可以直接发生接连改变的相位差，简捷高效地完成三维空间微标准光学色散（图1f）。

  经过精准调控光楔视点及取向，可以规划MOD的光学特性。例如，在三维空间中改变色散微区可以精细调整其分光方向与形式（图2a, b）；调理楔角巨细则可控制不同频率光干与的条纹距离，然后调控MOD的全体作业标准（图2c-e）。依据此原理，可以将色散区域长度紧缩至50 m，宽度减小至10 m，光楔厚度仅为6 m（图2f），然后在极紧凑的空间内完成整个可见光波段的有用色散，使得依据传统架构的光学元件在标准上初次可与超资料相媲美。这种超紧凑规划答应MOD元件可以集成于块体、各类基板以及薄膜等多种衬底之中，展现出优异的通用性和可集成性。

  依据此办法创立的MOD元件展现出优异的功用。首要，光楔结构支撑发生接连的宽带光学色散信号，构建的色散元件展示出包含紫外、可见光和近红外区域的超宽光谱呼应，理论上仅遭到铌酸锂晶体通明窗口的约束。其次，经过激光直写可以按需定制色散微区形状（图3a），然后直接在三维空间中显现杂乱的色散图画（图3b），为多维信息记载、光学加密和多级防伪等供给新计划。SPNs引起的部分光调制使色散信号被严厉约束在色散微区内，而非在空间上发散。经过对色散微区成像即可直接提取色散信号，兼容透射和反射两种作业形式（图3c），而且色散信号与成像视角无关（图3d）。相较于传统精细光学色散元件，色散微区在全无机晶体基质的维护下表现出极强的安稳性，使得MOD元件可接受600 ℃高温、强酸腐蚀、污染、机械损害等各种极点环境，对轰动、冲击等外部扰动均不活络（图3e）。

  本文提出的MOD战略在片上集成光谱仪和光谱成像方面展现出巨大潜力。刻有色散微区的铌酸锂窗口与可以直接与CMOS图画传感器集成完成片上光谱勘探，依据MOD元件的光谱呼应函数和入射光MOD光强散布，即可重构出不知道光源的光谱信息（图4）。MOD光谱仪在390-1710 nm的超宽波长范围内对单峰、双峰、宽谱均展现出活络、安稳的勘探才能，其单色光重构半峰全宽可达3.94 nm，双峰重构分辨率到达4 nm，归纳功用优于商用集成光谱仪。经过激光直写构建色散微区阵列，还能轻松完成光谱成像功用。值得一提的是，色散微区的创立彻底经过自组织资料润饰完成，不依赖EBL等杂乱微纳制作工艺，极大降低了使用本钱。鉴于MOD元件优异的可扩展性、安稳性、可重复性和经济性，这种集成光谱勘探体系有望大规模使用于包含环境监督测定、生物医学、食品安全和工业检测等多种场景，尤其是在极点条件下耗费性使命中具有十分显着优势。

  本研讨经过超快激光诱导亚波长相变纳米条纹在铌酸锂晶体内构建三维可控的色散微区，初次完成高折射率介电环境下微标准光调制以及具有多自由度可控性的超宽带光学色散。所提出的制作办法、色散机制和控制原理为增强通明介电资猜中的光与物质相互效果研讨以及自由空间集成光子器材开发供给了新的机会，为推动小型化光学色散元件大范围的使用于下一代便携式、可穿戴和模块化光电体系奠定了根底。

  本文榜首作者为浙江大学张博博士、王卓博士、剑桥大学Tom Albrow-Owen博士，通讯作者为浙江大学张博博士、谭德志研讨员、杨宗银教授、邱建荣教授和新加坡国立大学仇成伟教授。剑桥大学Tawfique Hasan教授等也为本作业做出重要贡献。