High Q-Factor Silicon Nitride Nanomechanical Resonators Fabricated by Maskless Femtosecond Laser Micro-machining
独立式氮化硅(SiN)器件是纳米机械谐振器领域以及诸如透射电子成像和纳米孔生物测定等其他技术应用的核心。用于制造这些器件的纳米纤维技术通常缺乏灵活性。虽然光刻需要为每个新的设计迭代印刷昂贵的光掩模,但电子束光刻非常慢并且需要高的设备成本。在这里,我们展示了无掩模快速原型制作的独立SiN纳米机械谐振器的飞秒激光烧蚀的平面SiN膜在环境空气中。我们制造了7到100 μ m不同宽度的微梁,并表征了它们的谐振频率和机械质量(Q)因子。我们发现,膜开裂可以避免在制造过程中,通过仔细设计的蚀刻图案,激光蚀刻有一个可以忽略不计的内置的拉伸应力的影响。对于每个光束,Q-因子测量几个本征模,并发现激光蚀刻后保持高。所有梁显示大于105的品质因数,而未蚀刻的普通膜具有Q > 106。确定了Q因子降低的可能原因,以及未来的工艺改进方向。
2022-10-01 physics.app-ph physics.optics
Phase mask pinholes as spatial filters for laser interference lithography
本文针对激光干涉光刻中高斯光束导致的曝光不均匀问题,首次成功制备了附加相位掩模的针孔空间滤波器,实验证明其能将基板特征尺寸变化从47.2%降至27.5%。
2022-11-18 physics.app-ph physics.optics
Talbot photolithography optimization with engineered hybrid metal-dielectric mask: High-contrast and highly-uniform Talbot stripes
传统的投影Talbot光刻通常采用不透明(振幅)或透明(相位)掩模,用于在光敏衬底中产生周期性的菲涅耳衍射条纹阵列。对于特定的掩模设计,可以避免Talbot地毯的纵向周期性,产生准均匀的条纹图案(Talbot条纹)。我们提出了一种新的混合振幅相位掩模,这是工程获得非常平滑的塔尔博特条纹,同时高的横向光学对比度和极端的空间分辨率优于三分之一的激光波长。通过数值模拟,我们证明了所产生的条纹衍射图案对掩模设计偏差和光入射角变化的鲁棒性。Talbot条纹的再现性也报告了1D和2D金属介电投影掩模。
2021-09-22 physics.optics
Microfabrication of Paul wheel trap chip in fused silica by selective laser etching
Institute of Scientific Instruments of the Czech Academy of Sciences(捷克科学院科学仪器研究所);Institute of Physical Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology(Brno理工大学机械工程学院物理工程研究所)
本文提出基于选择性激光刻蚀的熔融石英Paul轮阱芯片快速无掩模制造工艺,显著缩短周期并验证了微粒连续捕获72小时的功能。
2026-10-07 physics.optics
Design of High-Quality Reflectors for Vertical Nanowire Lasers on Si
纳米线具有独特的一维结构,可以将高质量的III-V族半导体单片集成到Si平台上,这在构建Si光子学激光器方面具有很大的潜力。然而,与从衬底上断开的纳米线相比,从硅上垂直站立的纳米线产生激光要困难得多,这给集成带来了重大挑战。在这里,实现垂直站立的NW激光器的挑战进行了系统的分析。NW/Si界面处的光反射率差导致严重的光场泄漏到衬底中,通常使用的界面处的SiO2或Si 2N 3介质掩模只能将其改善到~ 10%,这是实现低阈值激光的主要障碍。提出了一种NW超晶格分布布拉格反射器,它可以将反射率提高到97%以上。该研究为大幅度提高垂直放置NW激光器的性能提供了一种可行的方法,可以促进硅光子学的快速发展。
2021-03-31 physics.optics
Mask-free fast patterning of organic light-emitting diode pixels using laser-assisted close-space sublimation
Indian Institute of Technology Madras(印度马德拉斯理工学院);Grantwood Technology Pvt. Ltd.(格兰伍德科技有限公司)
本研究开发了激光辅助近空间升华的无掩模快速图案化方法,实现有机发光二极管像素的微米级精确图案化,所制器件性能与传统工艺相当,适用于可扩展的显示器件制备。
2026-08-06 physics.app-ph physics.optics
Experimental realization of Energy modulation of high-order R-TEM laser modes in Radially polarized cylindrical vector beam
Central University of Rajasthan(中央拉贾斯坦大学)
本研究通过相位掩模实现高阶R-TEM激光模的能量调制,以获得近等强度的环结构,适用于微粒操控和光刻等应用。
2025-12-24 physics.optics
Temporal pattern generation with tunable repetition rate using semiconductor laser periodic dynamics
本研究利用受光反馈的长腔半导体激光器产生可调重复速率的重复时间模式,通过2米外腔实现稳定极限环动力学,频率范围为3.28至4.21 GHz,适用于时间延迟储备池计算架构的掩码阶段。
2025-10-11 physics.optics
Controllable Spatial Array of Bessel-like Beams with Independent Axial Intensity Distributions for Laser Microprocessing
本文提出通过叠加不同锥角贝塞尔光束构建任意轴向强度分布光学针的方法,并利用空间光调制器生成可控空间阵列,同时分析了光束间干涉限制及界面畸变的补偿方法。
2023-10-26 physics.optics
Ultra-high-speed high-resolution laser lithography for lithium niobate integrated photonics
光刻辅助化学机械蚀刻(PLACE)是一种专门开发用于在薄膜锂酸盐(TFLN)上制造高质量大规模光子集成电路(PIC)的技术,其使得能够制造从高质量(高Q)微谐振器和低损耗波导到电光(EO)可调谐激光器和波导放大器的一系列PIC构建块。针对PIC器件和系统的高产量制造,我们已经开发了一种超高速高分辨率激光光刻制造系统,采用高重复频率飞秒激光和高速多边形激光扫描仪,通过该光刻制造系统,在200 nm的空间分辨率下,光刻制造效率为4.8 cm 2/h。我们展示了基于TFLN的光子结构,光学相位掩模以及彩色印刷的晶圆级制造
2023-03-01 physics.app-ph physics.optics
Phase mask fabrication for multi-plane light conversion using grayscale lithography
本文提出利用灰度光刻制备MPLC相位掩模,实现高保真模式转换,具有高精度和可扩展性。
2025-09-11 physics.app-ph physics.optics
Learning to See Through Dazzle
Rochester Institute of Technology(罗切斯特理工学院);U.S. Naval Research Laboratory(美国海军研究实验室)
针对激光眩视导致机器视觉失效的问题,本研究结合波前编码相位掩模与融合傅里叶特征的SGAN网络,实现强激光干扰下的高质量图像恢复,性能优于现有最优方法。
2024-03-04 cs.CV cs.GR cs.LG
Concept of photonic hook scalpel generated by shaped fiber tip with asymmetric radiation
结构光对现代生物技术和临床实践产生了深远的影响,目前许多光学系统和激光器被用于医学治疗疾病。我们展示了一个新的概念,基于光纤的光学钩手术刀。在非对称辐射的成形光纤尖端附近获得了亚波长光子钩。需要通常用于医学成像的1550 nm连续波源。利用半球形光纤尖端和金属掩模实现了横向特征尺寸小于半波长的光子钩。这一突破是在环境空气中使用直径4 μ m、具有成形尖端的光纤实现的。计算得到的光子钩的强度分布与针尖尺寸之间有很好的相关性。利用成形光纤尖端产生的光子钩更容易操作,对于诸如眼科激光手术、超分辨率显微镜、光刻和材料加工等潜在应用显示出深远的益处。
2020-07-21 physics.optics
Comparative analysis of fiber Bragg grating filter losses inscribed by continuous wave UV and femtosecond-IR lasers for astrophotonics
Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam(波茨坦阿斯特罗物理莱布尼茨研究所);Friedrich Schiller University Jena(耶拿弗里德里希·席勒大学);National Astronomical Research Institute of Thailand(泰国国家天文研究所);University of Potsdam(波茨坦大学);Technische Universität Berlin(柏林工业大学)
本研究对比了连续波紫外激光与飞秒红外激光刻写的光纤布拉格光栅滤波器损耗,探索降低高NA光纤插入损耗的方法,提出可减少熔接点数量50%的紧凑型桥接光纤方案,两种滤波器平台均适用于天体光子系统。
2026-08-07 astro-ph.IM physics.optics
Nanopatterning by Laser Interference Lithography: Applications to Optical Devices
本文系统地综述了激光干涉光刻技术在纳米图形制作中的应用及其在光学器件中的应用。LIL是一种不使用掩模而在大面积上进行简单、快速工艺的图案化方法。LIL是一种用于定义大面积、纳米级、周期性图案化结构的强大技术。图案被记录在光敏介质中,该介质对与两个或多个相干光束的干涉相关联的强度分布作出非线性响应。用LIL产生的光致抗蚀剂图案是进一步制造纳米结构和生长功能材料的平台,功能材料是器件的构建模块。综述了利用LIL制作的定向纳米光子学、表面等离子体共振(SPR)、大面积薄膜反射器和抗反射器等光学和光子器件的研究进展。展望未来的方向LIL和新兴的应用在其他领域。
2014-02-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Dynamic control of laser driven electron acceleration in a photonic structure using programmable optical pulses
本研究利用液晶掩模编程红外激光脉冲并结合脉冲前沿倾斜,实现对光子结构激光加速器的动态控制,可实时调谐束流并校正缺陷,最终实现0.55 MeV的能量增益。
2025-09-09 physics.acc-ph physics.optics
Hyperspectral wavefront sensing with a multicore fiber
本文提出以多芯光纤作为改进Hartmann掩模的单次高光谱波前传感方法,实现空间与光谱分辨率可调权衡,并在多PW激光和色散相位显微成像中验证。
2024-10-24 physics.optics
Restoring and tailoring very high dimensional spatial entanglement of a biphoton state transmitted through a scattering medium
本文通过测量薄散射介质的传输矩阵并设计相位掩模加载到空间光调制器上,成功恢复并调控了仅单光子经过散射介质传输的8000维动量纠缠双光子态,为复杂介质中的高维量子信息处理提供了实验方法。
2022-06-01 physics.optics quant-ph
Generating arbitrary laser beam shapes through phase-mapped designed beam splitting
我们在这里描述了一种方法,以产生高清晰度的任意激光束的形状和轮廓有用的许多应用,从光学图案化和光刻的光学捕获的微观粒子和超冷原子。二元光栅和目标强度分布之间的相位对比在空间光调制器上编码,以控制光衍射,产生非常清晰、无斑点和平滑的图像。除了简单之外,不需要额外的相位板,该方法通过直接像素映射提供了将图像直接编码到仅相位掩模上,从而允许更简单的反馈方案来实时校正和控制光分布和光学势。
2022-04-20 cond-mat.soft physics.app-ph physics.ins-det
Single-Mode Control of High-Speed and Low-Threshold III-V/Si Quantum Dot Microring Lasers via Azimuthal Gratings
North Carolina State University(北卡罗来纳州立大学);Hewlett Packard Labs(惠普实验室);University of Michigan, Ann Arbor(密歇根大学安娜堡分校);Northeastern University(东北大学)
该研究通过在硅环中引入方位角光栅,实现了III-V/硅量子点微环激光器的单模控制,其边模抑制比达37.9 dB,阈值电流低,可作为数据通信等领域的实用光源模块。
2026-08-27 physics.optics
Bessel-beam direct-write of the etch-mask in a nano-film of alumina for high-efficiency Si solar cells
研究提出利用飞秒激光直写结合贝塞尔光束在氧化铝纳米薄膜上制备亚微米级刻蚀掩模,并优化等离子体刻蚀工艺,为实现高效硅太阳能电池的大面积光捕获结构提供新途径。
2024-03-21 physics.app-ph physics.optics
Hybrid Femtosecond Laser and Ion-Implantation Processing for Controlled, Deep, High-Efficiency Ablation in Fused Silica
Instituto de Optica Daza de Valdes (IO), CSIC(西班牙科学研究中心光学研究所);HiLASE Centre, FZU - Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences(捷克科学院物理研究所 HiLASE 中心);Universidad Autónoma de Madrid(马德里自治大学);Centro de Microanálisis de Materiales (CMAM), Universidad Autónoma de Madrid(马德里自治大学材料微分析中心);FZU - Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences(捷克科学院物理研究所)
通过结合金离子注入与飞秒激光处理,实现熔融石英的可控深度高效率消融,用于制造高质量光学元件。
2026-02-13 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Characterization of two distant double-slits by chaotic light second-order interference
我们提出了两个遥远的双缝掩模照明混沌光的实验特性,在没有一阶成像和干涉。该方案利用通过两对不可区分的{ \it不相交}光路传播的光的二阶干涉,所述光路穿过感兴趣的掩模。所提出的技术导致更深入地了解双光子干涉和相干性,并开辟了新的方案的发展,用于检索信息的相对位置和空间结构的遥远的物体,这是感兴趣的遥感,生物医学成像,以及监测激光烧蚀,当一阶成像和干扰是不可行的。
2017-10-17 physics.optics quant-ph
Interleaved dual-species arrays of single atoms using a passive optical element and one trapping laser
本文提出利用单一激光束和无源光学掩模构建交错明亮与暗瓶光束阵列,基于Rb和Cs相反符号的动态极化率实现双物种单原子独立捕获,装载率接近50%,显著降低系统复杂度。
2025-05-12 physics.app-ph physics.atom-ph physics.optics
Synchronization of spatiotemporal semiconductor lasers and its application in color image encryption
光学混沌是一个以高维非线性为特征的研究热点,其主要原因是光反馈的延迟诱导动力学、高带宽和易于模块化实现。鉴于这些事实,这增加了足够的混乱和扩散性质的保密通信,我们探讨时空半导体激光器系统中的同步现象。该系统被用于两阶段彩色图像加密过程。该系统产生的高维混沌吸引子产生完全随机的混沌时间序列,这是理想的安全编码的消息。因此,所示的方案是一个两阶段的加密方法,它提供了足够高的混乱和扩散特性的混沌密码系统采用独特的数据集处理的混沌序列。在这种新的密码学方法中,混沌相位掩模表示为图像,使用混沌序列作为图像的元素。该方案大大改变了图像元素的位置。下一个附加的安全层进一步沿着三色平面在很大程度上改变了原始图像的统计信息。加密过程中的中间结果证明了未经授权的用户无法破译密码图像。详尽的统计测试表明,该方案是强大的抗噪声和抵抗常见的攻击,由于双重屏蔽的加密和相关的偏微分方程系统的无穷维。
2011-02-14 nlin.CD physics.optics
Development of a Selective Wet-Chemical Etchant for 3D Structuring of Silicon via Nonlinear Laser Lithography
本文开发了一种基于硝酸铜的无铬选择性湿化学刻蚀剂,用于在晶体硅亚表面激光加工后揭示光滑三维结构,其对激光改性硅的选择性超过未改性硅1600倍,并结合密度泛函理论解释了刻蚀机理。
2023-08-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Creating a self-induced dark spontaneous-force optical trap for neutral atoms
本文描述了一种新型的暗自发力光阱(暗SPOT)的观察,它是在不使用掩模阻挡再泵浦激光束中心部分的情况下获得的。我们观察到,加载磁光阱(MOT)从一个连续的和强烈的流量慢原子,并通过适当的调谐频率的再泵浦激光器是可能的,实现基本上相同的效果的暗SPOT,使用一个简单的装置。这项工作通过测量原子云的吸收和荧光成像来表征新系统,并提出了一个非常简单的模型来解释我们观察到的主要特征。我们相信,这种新的方法可以简化目前的实验,以产生量子简并气体。
2004-02-20 physics.atom-ph physics.optics
Tightly confining lithium niobate photonic integrated circuits and lasers
光子集成电路对于现代数据中心内的数据传输是不可或缺的,并且渗透到传统上限于体光学的多个应用领域,例如LiDAR和生物传感。特别感兴趣的是铁电体,例如铌酸锂,其表现出大的电光普克尔斯效应,能够实现超快和有效的调制,但难以通过干法蚀刻进行处理。由于这个原因,蚀刻严格限制的波导-通常在硅或氮化硅中实现-已经不可能。类金刚石碳(DLC)是在20世纪50年代发现的,并且是一种表现出非晶相、优异的硬度和以纳米薄膜沉积的能力的材料。它具有优异的热,机械和电气性能,使其成为理想的保护涂层。在这里,我们证明了DLC也是制造基于铁电体的下一代光子集成电路的优良材料,特别是绝缘体上的铌酸锂(LNOI)。使用DLC作为硬掩模,我们展示了深蚀刻,严格限制,低损耗光子集成电路的制造与低至5.6 dB/m的损失。与广泛采用的脊形波导相比,这种方法受益于大于1个数量级的更高的面积集成密度,同时保持有效的电光调制、低损耗,并为有效的光纤接口提供路线。作为概念验证,我们展示了一种频率捷变混合集成III-V铌酸锂激光器,具有kHz线宽和每秒0.7千兆赫的调谐速率,具有出色的线性度和CMOS兼容的驱动电压。我们的方法可以预示着新一代的紧约束铁电光子集成电路。
2022-08-10 physics.app-ph physics.optics
Optical vortex filtering for the detection of Electromagnetically Induced Transparency
我们报道了一种基于光学涡旋掩模的光学滤波器的实现,该光学涡旋掩模设计用于在存在更强的空间重叠场的情况下专门检测弱相干激光场。我们证明了这样的光学涡旋滤波器的性能,以消除强控制领域和检测只有一个弱的光场的电磁感应透明的条件下的传输。这种滤波器的吸引人的特点是它对光场频率和偏振不敏感,这使得它适用于广泛的相干过程。
2011-06-26 physics.atom-ph physics.optics
High-index-contrast single-mode optical waveguides fabricated on lithium niobate by photolithography assisted chemo-mechanical etching (PLACE)
我们报道了在绝缘体上包覆一层SiO2的锂氧化物(LNOI)上制作低损耗单模波导。我们的技术,被称为光刻辅助化学机械蚀刻(PLACE),依赖于图案化的铬膜的掩模形状的飞秒激光微加工和随后的化学机械蚀刻的锂钛酸薄膜。高折射率对比度单模波导的测量具有0.13 dB/cm的传播损耗。此外,为了提高耦合效率,制作了波导锥。
2020-05-03 physics.app-ph physics.optics
Orbital Angular Momentum-based Space Division Multiplexing for High-capacity Underwater Optical Communications
为了提高水下光通信系统的容量,我们采用空间域同时传输多个正交的空间光束,每个携带一个独立的数据信道。本文研究了四束绿色轨道角动量(OAM)光束通过单光阑的复用传输。此外,我们调查的降解效果的散射/浊度,水流,和热梯度引起的湍流,我们发现,热梯度造成的扭曲和浊度造成的损失最多。我们使用两种不同的数据生成技术,一个在1064 nm的10-Gbit/s/光束和一个在520 nm的1-Gbit/s/光束,我们使用这两种技术,因为目前的数据调制技术是更快的红外(IR)比绿色。对于更高速率的链路,数据在IR中调制,并且使用专门设计的超颖表面相位掩模在绿色中执行OAM压印。对于较低的速率,直接调制绿色激光二极管。最后,我们表明,通道间串扰引起的热梯度可以减轻使用多通道均衡处理。
2016-04-23 physics.optics
Miniaturised transmissive multi-plane light converters via laser-written geometric phase holograms cascaded in glass
University of Exeter(埃克塞特大学);University of Southampton(南安普顿大学)
研究利用单步3D直接激光写入在熔融石英玻璃芯片中制造小型化透射多平面光转换器,通过形成具有可控慢轴取向的飞秒激光诱导双折射纳米光栅,构建并测试多种概念验证器件,推动相关技术发展。
2026-07-07 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Phase retrieval from single biomolecule diffraction pattern
本文提出了一种新的相干X射线衍射成像相位恢复方法--稀疏相位恢复方法。传统的相位恢复方法有效地解决了高信噪比测量的问题,但是对于预期用飞秒X射线自由电子激光脉冲实现的单生物分子成像将是不够的。SPR方法基于贝叶斯统计。它不需要设置通常使用的混合输入输出(HIO)方法所需的对象边界约束,而是用指数分布定义先验分布并用于估计。仿真结果表明,该方法在噪声条件下,即使部分中心像素被掩盖,也能重建电子密度。
2011-12-09 physics.data-an physics.optics
Femtosecond CDMA Using Dielectric Metasurfaces: Design Procedure and Challenges
受对更高数据传输速率的不断增长的需求和对基于小型化纳米光子学的全光信号处理的巨大关注的启发,本文首次研究了相干超短光脉冲码分多址(CDMA)技术(也称为飞秒CDMA)的可集成设计,使用全介质超表面(MS)。在该技术中,首先使用锁模激光器产生的超短飞秒光脉冲调制数据比特,然后通过对每个数据流采用唯一的相位元掩模,以提供多址接入能力,对光信号进行光谱编码。该过程在时域中扩展光信号,并通过随机相位编码产生低强度伪噪声突发,从而使多址干扰最小化。本文全面介绍了一个典型的飞秒CDMA编码器的基本组成部分,包括光栅,透镜和相位掩模的原理和设计方法,通过采用高对比度CMOS兼容MS。通过控制所提供的米氏和法布里-珀罗共振模式之间的干涉,我们定制的光谱和空间响应的入射光的本地和独立的。因此,我们设计了一种基于MS的光栅,其具有最大可能的折射角,同时具有最大的效率,从而为后续透镜提供合理的直径。此外,为了设计我们的基于MS的透镜,使其与随后的相位掩模的光斑尺寸和距离要求相称,我们利用一种新的优化方法,该方法将透镜结构分成中心和外围部分,然后使用会聚撞击在随后的相位掩模处的光栅的集合来设计外围部分。
2017-12-03 eess.SP physics.app-ph physics.optics
Bond-Selective Full-Field Optical Coherence Tomography
光学相干断层扫描(OCT)是一种无标记、无创的三维成像工具,广泛应用于生物学研究和临床诊断。目前的OCT模式只能可视化标本断层扫描没有化学信息。在这里,我们报告了一种键选择性全场OCT(BS-FF-OCT),其中脉冲中红外激光器用于调制OCT信号通过光热效应,实现无标记的键选择性的高散射样品的3D截面成像。我们首先展示了包埋在琼脂糖凝胶中的1 μm PMMA珠的BS-FF-OCT成像。接下来,我们展示了来自标准外科口罩的聚丙烯纤维床垫的3D高光谱成像。然后,我们展示了生物样品,包括癌细胞球体和C。优雅使用另一种脉冲定时配置,我们最终证明了BS-FF-OCT在大体积和高散射的150 μm厚的小鼠脑切片上的能力。
2023-01-31 physics.bio-ph physics.optics
SSR-PR: Single-shot Super-Resolution Phase Retrieval based two prior calibration tests
我们提出了一种新的方法和算法的基础上,两个初步的测试的光学系统元件,以提高超分辨复值成像。该方法被开发用于单次拍摄无透镜光学装置中的反相位成像。成像是基于波前调制由一个单一的二元相位掩模。初步测试补偿了光学系统中的误差,并校正了承载波前,缩小了现实生活中的实验和计算建模之间的差距,从而在定性和定量方面显着改善了成像。这两个测试是为了观察激光束和相位掩模,可以被认为是一个初步的系统校准。将校正后的载波波前嵌入到所提出的迭代单次超分辨相位恢复(SSR-PR)算法中。改进的初始衍射图案上采样以及基于稀疏和深度学习的滤波器的组合实现了超分辨率重建。仿真和物理实验证明了高质量的超分辨相位成像。在模拟中,我们表明SSR-PR算法校正了所提出的光学系统的误差,并重建了比传感器像素尺寸小4倍的相位细节。在物理实验中,2um厚的线的美国空军相位目标被解决,这是几乎2倍小于传感器像素大小,并对应于最小的可分辨组使用的测试目标。对于相位生物成像,我们提供了以计算超分辨率重建的颊上皮细胞,其质量与具有40倍放大物镜的数字全息系统相同。此外,单次拍摄的优势提供了记录动态场景的可能性,其中帧率仅受所用相机的限制。我们提供了一个单细胞真核生物的幅相视频剪辑。
2021-08-12 eess.IV physics.optics