相變介質超表面，實現了可編程的光學調控，在光電子領域展現出了巨大的應用潛力。然而，現有技術受制于大面積高均勻性高精度加工，以及單個調控超表面結構單元選擇性相位。近日，北京理工大學Weina Han，姜瀾院士Lan Jiang等在Advanced Materials上發文，提出了基于相位調制的飛秒激光非衍射光束光刻技術。

圖1 用于介質超表面制造的飛稱Fs-激光相位調制的非衍射光束phase modulated non-diffracting-beam lithography，PNDL。

圖2 準貝塞爾Bessel無衍射光束制造穩定性。

通過疊加軸棱錐相位與閃耀光柵Blazed Grating相位，將飛秒激光整形為景深超過緊聚焦高斯光束10倍以上的準貝塞爾非衍射光束，從而減少加工過程中的重新聚焦需求，并抑制焦點漂移。

圖3 相位調制非衍射光束PNDL方法的制造精度研究

圖4 基于相位調制非衍射光束PNDL方法的Ge?Sb?Te?，GST超表面光刻。

動態光束偏轉控制精度可達7納米。隨后通過化學處理由相變區域構成的體素超表面，實現無掩模光刻。 利用該技術制備出了結構特征尺寸為9納米的可調諧鍺銻碲Ge?Sb?Te?超表面，并進一步制造和調控了多功能可編程光子邏輯器件，展現出了高精度加工能力。

圖5 具有雙矩形GST超原子配置的超表面器件。

這一方法為有源超表面的制備與調控提供了新范式，有助于研發下一代光子器件。Femtosecond Laser Non-Diffracting-Beam Lithography via Phase Modulation for Dielectric Metasurface Fabrication 基于相位調制，飛秒激光非衍射光束光刻技術制備介質超表面。

參考文獻： 中國光學期刊網

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