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常規(guī)光學(xué)器件通過其構(gòu)成材料的厚度或折射率來實(shí)現(xiàn)波前控制。英國(guó)南安普敦大學(xué)光電研究中心的一個(gè)研究小組發(fā)現(xiàn)，在石英玻璃中進(jìn)行激光寫入可以推動(dòng)一種非常有前途的新型光學(xué)器件，當(dāng)光波通過不同的參數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，可以利用幾何相位（GP）偏移，例如偏振。

“自發(fā)現(xiàn)激光以來，研究人員已經(jīng)對(duì)強(qiáng)激光輻射與玻璃的相互作用進(jìn)行了許多研究，而玻璃是現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)中的關(guān)鍵材料，”該小組成員Peter G. Kazansky說表示：“玻璃的應(yīng)用范圍很廣，從用于激光焊接的高功率激光器到用于光通信的光波導(dǎo)。新的激光寫入技術(shù)也可能是平面光盤中大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的突破。”

偏光元件制作

偏振GP光學(xué)元件的制造需要一種稱為光學(xué)材料的雙折射圖案化的方法。南安普敦團(tuán)隊(duì)表示，盡管這些元件可以通過液晶的光致對(duì)準(zhǔn)來制造，但其應(yīng)用受到紫外線（UV）和紅外線區(qū)域的高吸收以及低化學(xué)和熱耐久性的限制。另一種方法是在石英玻璃上壓印自組裝的納米光柵結(jié)構(gòu)。然而，由于納米結(jié)構(gòu)的光散射而造成的光學(xué)損失是一個(gè)重大缺陷。

因此，該團(tuán)隊(duì)嘗試了一種新型的飛秒激光誘導(dǎo)的雙折射刻蝕。研究人員利用激光在石英玻璃中沿垂直于偏振方向拉長(zhǎng)的隨機(jī)分布納米孔。由于各向異性納米孔與納米光柵結(jié)構(gòu)根本不同，代表了一種新型材料。

Kazansky表示：“在超快激光直接寫入過程中，玻璃中光束的緊密聚焦會(huì)產(chǎn)生高強(qiáng)度，從而導(dǎo)致多光子吸收，然后發(fā)生雪崩電離和材料改性。使用飛秒脈沖的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是，此類脈沖可以快速而精確地沉積能量，從而導(dǎo)致僅限于焦距處的材料改變。”

盡管尚不清楚納米孔形成的確切機(jī)制，但Kazansky表示：“缺陷形成，碰撞電離和受輻照區(qū)域的高溫可能是造成這種情況的原因。”

未來市場(chǎng)機(jī)遇

研究人員表示，他們的飛秒激光在石英玻璃中用于雙折射構(gòu)圖可提供超低散射損耗，在可見光范圍內(nèi)具有99％的透射率，在低至330 nm的紫外線光譜范圍內(nèi)具有90％以上的透射率。

Kazansky認(rèn)為，低損耗對(duì)于實(shí)現(xiàn)玻璃中的高容量偏振，多路復(fù)用5D光學(xué)存儲(chǔ)器至關(guān)重要。這項(xiàng)技術(shù)已被許可給一家私人公司，并且與微軟的團(tuán)隊(duì)合作證明了玻璃中5D數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的概念。

對(duì)于技術(shù)的大規(guī)模商業(yè)化，當(dāng)前的主要挑戰(zhàn)是提高寫入速度以及超快激光器的高成本。Kazansky認(rèn)為，要應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，大約需要三到五年。