在玻璃和二氧化硅上书写为手性光学特性定制指明了新方向

导读 从光与物质相互作用的基础物理学到高度复杂的光学工程中目标光学特性的制造,飞秒(fs)激光器在激光制造中发挥着至关重要的作用。超短光脉冲

从光与物质相互作用的基础物理学到高度复杂的光学工程中目标光学特性的制造,飞秒(fs)激光器在激光制造中发挥着至关重要的作用。超短光脉冲可以通过可控的聚焦条件将光能精确地沉积在给定的透明材料体积中。在电子-声子能量转移到晶格之前,高密度光子能量的非线性吸收导致在几个fs内产生自由电子等离子体。

在低重复率下,玻璃网络加热与曝光和等离子体本身脱钩,从而实现局部修改甚至击穿而不会造成周围损坏。这种非线性过程有助于根据激光参数进行多种类型的修改。fs激光诱导的修改在非线性科学的大多数分支中都有许多应用,从等离子体物理学和纳米光子学到材料科学、生物光子学和量子信息科学。

在Light:Science&Applications上发表的一篇新论文中,由巴黎萨克莱大学的MatthieuLancry教授领导的一组科学家开发了一种新技术来定制手性光学特性。他们的新程序实现了fs激光3D直写在眼镜上。

最近的进展突出表明,fs激光束(轴对称强度分布,线性偏振且正交入射)可以通过直接激光写入在非手性材料内部产生光学手性。这一概念揭示了一种在3D中定制手性光学特性的新方法,为激光制造提供了更广阔的前景。开发这种新潜力的先决条件是阐明如何操纵这些手性光学特性。

在这项工作中,他们认为对称性的破坏是由应力场和由于具有非平行非正交中性轴的纳米光栅形成引起的形式双折射的联合作用引起的。这种外在手性组装是观察到的光学手性的来源,即旋光性和圆二色性。

研究人员试图“分解”形式双折射和应力贡献对激光偏振方向的依赖性。简单来说,形式双折射的慢轴/快轴由激光偏振方向控制,相关振幅由激光能量密度控制。

而应力引起的双折射的方向主要由扫描几何决定。然后基于Mueller形式主义开发了一个两层模型。它定量地解释了线性和圆形各向异性光学特性的产生。

最后,研究人员利用他们的模型按照两种不同的设计来设计手性光学特性:多层“基于纳米光栅的波片”和基于“应力工程波片”的超低损耗设计。结果提供了明确的证据,表明飞秒激光诱导的圆形特性的起源包括两个贡献,并提出了一种通过飞秒激光直写在任何玻璃中定制手性光学特性的策略。