Les cristaux photoniques, ces structures fascinantes qui manipulent la lumière à l’échelle nanométrique, sont au cœur de nombreuses recherches scientifiques. Leur performance de contrôle de la lumière est étroitement liée à leur constante de réseau, qui nécessite généralement d’être du même ordre de grandeur que la longueur d’onde de travail.
Mais comment parvenir à un contrôle précis de ces structures à l’échelle nanométrique ? Une équipe de chercheurs a peut-être trouvé une solution.
La structure des cristaux photoniques
Dans les matériaux cristallins, la structure des cristaux photoniques est formée par l’agencement périodique d’unités ayant des constantes diélectriques différentes de celle du cristal lui-même dans l’espace. La constante de réseau dépend de la taille de l’unité et de l’écart entre les unités adjacentes.
Pour atteindre un contrôle de la lumière dans la gamme du proche infrarouge et de la lumière visible, il est nécessaire de contrôler précisément la structure de l’unité du cristal photonique et l’écart à l’échelle nanométrique.
Le rôle du laser femtoseconde
Le laser femtoseconde peut fabriquer directement des structures micro-nano tridimensionnelles à l’intérieur de matériaux transparents, ce qui en fait l’une des meilleures méthodes pour construire des structures de cristaux photoniques dans les matériaux cristallins.
La technologie de traitement au laser femtoseconde existante pour les cristaux photoniques adopte généralement une stratégie de balayage point par point à faisceau unique, limitée dans la préparation de structures d’unités à l’échelle nanométrique en raison du chevauchement des trajectoires de traitement et de la précision du contrôle du mouvement.
Une nouvelle méthode de fabrication
Dans un nouvel article publié dans Light Science & Application, une équipe de scientifiques, dirigée par le professeur Lan Jiang de l’École d’ingénierie mécanique, Institut de technologie de Pékin, a développé une méthode pour fabriquer des structures de cristaux photoniques basée sur la lithographie multi-faisceaux au laser femtoseconde à l’échelle nanométrique.
Cette méthode combine une focalisation serrée d’un champ lumineux multi-faisceaux avec une distribution spatiale tridimensionnelle contrôlable à l’intérieur d’un cristal et une gravure chimique.
En synthèse
Les avantages de cette technique sont multiples : une opération simple et à faible coût, sans nécessité de concevoir différents composants optiques pour traiter différentes structures cibles ; un contrôle précis des dimensions de la structure et des écarts permettant la fabrication de cellules unitaires de cristaux photoniques à l’échelle nanométrique ; une capacité de traitement de structures spatiales complexes en trois dimensions permettant la préparation de structures de cristaux photoniques tridimensionnelles à l’intérieur du cristal.
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« Le contrôle flexible sur les nanostructures fait de la méthode rapportée une alternative pour tisser des cristaux photoniques complexes avec une structure sub-longueur d’onde. Les potentiels de la méthode de traitement multi-faisceaux peuvent ouvrir des voies possibles pour fabriquer des nanostructures pour des applications dans la communication optique et la manipulation de la lumière. » ont résumé les scientifiques dans l’étude.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’un cristal photonique ?
Un cristal photonique est une structure qui manipule la lumière à l’échelle nanométrique. Il est formé par l’agencement périodique d’unités ayant des constantes diélectriques différentes de celle du cristal lui-même dans l’espace.
Qu’est-ce que le laser femtoseconde ?
Le laser femtoseconde est un outil qui peut fabriquer directement des structures micro-nano tridimensionnelles à l’intérieur de matériaux transparents. Il est l’une des meilleures méthodes pour construire des structures de cristaux photoniques dans les matériaux cristallins.
Quels sont les défis de la fabrication de cristaux photoniques ?
La fabrication de cristaux photoniques nécessite un contrôle précis de la structure de l’unité du cristal photonique et l’écart à l’échelle nanométrique. Les technologies existantes, comme le laser femtoseconde, sont limitées dans la préparation de structures d’unités à l’échelle nanométrique.
Quelle est la nouvelle méthode de fabrication de cristaux photoniques ?
Une équipe de scientifiques a développé une méthode pour fabriquer des structures de cristaux photoniques basée sur la lithographie multi-faisceaux au laser femtoseconde à l’échelle nanométrique. Cette méthode combine une focalisation serrée d’un champ lumineux multi-faisceaux avec une distribution spatiale tridimensionnelle contrôlable à l’intérieur d’un cristal et une gravure chimique.
Quels sont les avantages de cette nouvelle méthode ?
Cette technique offre plusieurs avantages : une opération simple et à faible coût, un contrôle précis des dimensions de la structure et des écarts, et une capacité de traitement de structures spatiales complexes en trois dimensions.
Article: « Nanoscale multi-beam lithography of photonic crystals with ultrafast laser » – DOI: 10.1038/s41377-023-01178-3
Light Science & Application, École d’ingénierie mécanique, Institut de technologie de Pékin
