无光刻图案化硫系化合物材料用于集成光子器件
光学
2024-08-12 v1 应用物理
摘要
基于硫系化合物材料的集成光子器件因其独特的宽带透明性而受到广泛关注。尽管其公认的 CMOS 兼容性，这些器件的制造主要依赖光刻技术。然而，硫系化合物薄膜极易氧化，需要在光刻过程中采用定制的工艺流程和复杂的保护措施。这些要求与当前为硅光子学设计的商业 CMOS 制造平台极不兼容，极大地限制了硫系化合物光子器件的实际应用。在本工作中，我们巧妙地利用硫系化合物材料易于氧化的特性，提出了一种新颖的激光诱导局部氧化技术，用于在硫系化合物薄膜上进行空间图案化，从而实现简洁的无光刻硫系化合物集成光子器件制造。以 Sb₂S₃ 为例，我们在实验上演示了近红外波段具有 0.7 的显著整体折射率对比度的局部多级氧化，空间分辨率高达 0.6 μm。基于该技术，我们演示了多种集成光子器件，展示了多种功能，包括可见光波段的颜色打印和近红外波段的基于超表面的空间光调制。利用 Sb₂S₃ 本身的相变特性，我们进一步演示了可切换光束聚焦的有源菲涅尔波带片，表明了有源光子器件简洁制造的可行性。我们的工作为硫系化合物材料提供了一种全新的调制维度，并为实现硫系化合物集成光子器件提供了一种显著简化的方法。
引用
@article{arxiv.2408.05099,
title = {Lithography-free patterning of chalcogenide materials for integrated photonic devices},
author = {Zhen Hu and Yuru Li and Yan Li and Shunyu Yao and Hongfei Chen and Tao Zhang and Zhaohuan Ao and Zhaohui Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2408.05099},
year = {2024}
}