Onlangs publiceerden Weina Han, academicus Jiang Lan en collega's van het Beijing Institute of Technology een artikel in Advanced Materials waarin een fase-gemoduleerde femtoseconde laser-niet-diffractieve bundellithografietechnologie werd voorgesteld.
Door de axiale prismafase te superponeren met de gevlamde roosterfase, wordt de femtosecondelaser omgevormd tot een quasi-Bessel niet-diffractieve straal met een velddiepte die die van strak gefocusseerde Gauss-stralen ruim tien keer overschrijdt. Dit vermindert de noodzaak van herfocussering tijdens de verwerking en onderdrukt focale drift. Dynamische controle van de straalafbuiging zorgt voor precisie tot op 7 nanometer. Daaropvolgende chemische verwerking van het voxel-metasurface, gevormd door faseveranderingsgebieden, maakt maskervrije lithografie mogelijk.
Deze technologie werd gebruikt om een afstembaar Ge₂Sb₂Te₅-metasurface te vervaardigen met structurele kenmerken tot 9 nanometer. Het maakte verder de fabricage en controle van multifunctionele programmeerbare fotonische logica-apparaten mogelijk, wat blijk gaf van hoge-precieze verwerkingsmogelijkheden. Deze aanpak creëert een nieuw paradigma voor het fabriceren en controleren van actieve metasurfaces, waardoor de ontwikkeling van fotonische apparaten van de volgende-generatie wordt bevorderd.
Femtoseconde-laser, niet-diffractie-bundellithografie via fasemodulatie voor de vervaardiging van diëlektrische metasurfaces
Fase-gemoduleerde femtoseconde laser niet-diffracterende-bundellithografie voor de fabricage van diëlektrische metasurfaces
Figuur 1 Fase-gemoduleerde niet-diffracterende-bundellithografie (PNDL) voor de fabricage van diëlektrische metasurfaces.
Figuur 2 Stabiliteit van quasi-Bessel niet-diffracterende bundelgeneratie.
Figuur 3: Fabricageprecisiestudie van de fase-gemoduleerde niet-diffracterende-bundelmethode (PNDL).
Figuur 4: Lithografie van Ge₂Sb₂Te₅ (GST)-metasurfaces met behulp van de fase-gemoduleerde niet-diffracterende-bundelmethode (PNDL).
Figuur 5: Metasurface-apparaat met een dubbele-rechthoekige GST-superroosterconfiguratie.
Het experiment concentreert zich op het fase{0}}veranderingsmateriaal Ge₂Sb₂Te₅ (GST), waarbij gebruik wordt gemaakt van de omkeerbare faseovergang tussen amorfe en kristallijne toestanden. Met behulp van femtoseconde laserfasemodulatietechnologie worden de voorbereiding en controle van metasurface-structuren bereikt. Door de axiale prismafase en de diffractieve roosterfase via een ruimtelijke lichtmodulator over elkaar heen te leggen, wordt de femtosecondelaser (515 nm) gevormd tot een quasi-Bessel niet-diffractieve straal. Deze bundel, gefocust door een objectief met hoge numerieke apertuur, induceert gelokaliseerde kristallisatie op het dunne-filmoppervlak van GST. Vervolgens verwijdert selectief nat etsen (TMAH-oplossing) niet-gekristalliseerde gebieden terwijl de gekristalliseerde structuren behouden blijven, waardoor metasurface-eenheden worden gevormd. Door parameters zoals laserenergie en pixelafstand te controleren, werd zeer nauwkeurige patroonvorming met structurele lijnbreedten van slechts 270 nm en tussenruimten van slechts 9 nm bereikt. Het dubbele-rechthoekige GST-superrooster demonstreerde meerdere logische poortfuncties bij polarisatie-geëxciteerd licht.
