铌酸锂光子结构表面的抛光刻蚀优化技术

上述使用离子刻蚀的方法可以将粗糙度控制在1 nm左右，但对于更高品质要求的器件，还远远不够，需要新的技术来制造更光滑的铌酸锂微腔表面。

目前高密度的光子集成用到的都是高精度的离子刻蚀制备，离子刻蚀可以做很小的元件，但是损耗较大，即用损耗来换取集成度，这就制约了产业应用。而宏观光学系统主要是依赖光学抛光处理，抛光处理的优点就是损耗极低。为解决产业应用，可以将宏观光学与集成光学相结合，使用光学抛光制作集成器件来制造集成度高、损耗低的光子器件。

于是，我们发明了铌酸锂光子结构的化学机械抛光，这与光刻中的概念是一样的，但形式上又是不同的。光刻技术是通过掩模的方式在硅片上镀一层光刻胶；而我们是在铌酸锂薄膜上镀一层铬，铬是硬度最高的金属，通过飞秒激光的刻蚀，铬层像剥衣服一样剥离形成掩模，而铌酸锂层不会受到任何损害。之后放在光学抛光机下打磨，由于铬层很硬，所以掩模的区域中铌酸锂的圆盘不受影响，但是其他区域中的铌酸锂就被打磨掉，之后再去掉铬膜掩模版，剩下的铌酸锂圆盘是极度光滑的，由于边沿是楔形的，在观察中甚至看到了牛顿环。通过这样的技术，测量的Q品质因子可以大于107量级，这是离子束刻蚀难以达到的。我们通过控制抛光的压力、抛光的时间实现了对微腔楔角从9°～51°的精准控制，这就帮助我们在研究非线性时，可以满足不同倍频所需要的相位匹配条件。(www.xing528.com)

高Q腔中可以观察到很多新的现象，例如光力学效应、光梳效应等。在圆盘上镀正极，圆盘周围镀负极，施加电压，就可以明显看到电调梳齿的光梳效应，这是首次实现电调铌酸锂光梳，成果和哈佛大学几乎同时投稿，但是哈佛大学的泵浦功率需要400 mW，我们只需要20.4 mW，这都归功于品质因子比哈佛大学高一个量级。研究小组还发现了在回音廊微腔中出现了多边形的模式，这是因为耦合光纤对微腔形成了一定的微扰。使用980 nm的泵浦光还会有非常高效的非线性倍频效应，可以看到清晰的可见光模式。