接近量子极限的空间分辨率激光制造
发布时间：2024-02-09 01:00:32 阅读数： 23
阈值跟踪与锁定技术原理图。学分:光:科学与应用(2024)。DOI: 10.1038/s41377-023-01354-5
自从飞秒激光作为三维(3D)处理工具的早期演示以来，具有令人兴奋的光学、电子、机械和磁性功能的微器件已经被制造出来，通过这些器件，从3D量子光子集成电路到智能微型机器人的新概念成为可能。
在过去的十年中，该领域致力于提高制造空间分辨率，并且已经报道了基于多光子吸收，刺激发射耗尽，远场诱导近场增强和光激发诱导化学键效应的几十纳米特征尺寸。然而，先进的应用，如单电子晶体管、单光子发射器(SPE)、单原子存储器或量子比特器件，需要更高的制造空间分辨率(小于10纳米，远远超过光学衍射极限)。在《光科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中，清华大学精密仪器系精密测量技术与仪器国家重点实验室孙宏波教授及其同事提出并实验证明了使用阈值跟踪和锁定(TTL)方法实现了< 5 nm， ~ λ/100，接近量子极限的特征尺寸的近原子尺度制造。
通过这种方法，研究人员可以实现接近统一产量的单光子源制造，具有高定位精度和对晶格的最小损伤。这些单光子源具有高亮度、高发射纯度和高稳定性。
这种接近原子尺度的激光制造代表了可扩展量子光子技术向前迈出的重要一步。科学家将TTL技术的原理总结为:
“我们的想法是使用额外的激光脉冲(探测光)来精确跟踪在初始脉冲(制造光)下是否发生原子或近原子尺度的损伤。目标材料的本征损伤阈值被精确锁定。值得一提的是，这种反馈方法不依赖于仪器的检测灵敏度，能够准确锁定目标材料的内在损伤阈值，用于纳米级激光制造。"
单光子颜色中心的确定性创建。学分:光:科学与应用(2024)。DOI: 10.1038/s41377-023-01354-5
高再现性、高亮度、高耐久性的单光子单色中心。学分:光:科学与应用(2024)。DOI: 10.1038/s41377-023-01354-5
“我们在这项工作中证明了激光制造精度已经达到了量子极限，这是继光学衍射极限之后的一个新的里程碑。当激光能量接近近原子尺度损伤阈值时，单个原子的激光烧蚀不一定发生在聚焦光斑的几何中心。"
“这是因为，在这种极限状态下，激光能量提供的梯度(高斯分布的顶部)将非常平坦。激光能量梯度所定义的击穿区域将失效，局部原子烧蚀将在某一区域(~几纳米，具体数值与目标材料有关)随机发生，这将由局部电子的位置和能量波动而不是入射激光的功率密度斜率所主导。"
利用TTL技术，可以实现具有纳米级定位精度的单光子源的近等良率制造。同时，这些单光子源具有高亮度(每秒发射近千万光子)、高发射纯度和高稳定性等优异性能。"
“这一结果表明，近原子尺度激光制造在量子器件应用中的巨大潜力。”
