双光子3D打印超表面光器件研究进展

超表面是一种周期性亚波长人工结构薄层,其与入射电磁波共振耦合所引入的相位突变打破了传统光学对空间光程累计的依赖,表现出独特的电磁学特性。过去10年来,超表面以其优于传统光学元件的超薄厚度、超短调制距离和超高分辨率光波操纵能力受到研究者们的广泛关注。并且作为超材料的二维对应物,超表面更易于被制造和集成到器件中,可以工作在微波到可见光波长范围内。常用于超表面的制造工艺包括紫外光刻、电子束光刻、聚焦离子束光刻和纳米压印等,但超表面的大规模应用仍面临加工精度与大面积、大规模制造和加工成本之间的矛盾。基于飞秒脉冲激光和双光子聚合反应的双光子三维(3D)打印技术可以实现高精度、复杂3D模型和无掩膜的一步制造,具有加工便捷和灵活的优点,以及大面积制造的潜力,被广泛应用于超表面结构研究与制备。文章对基于双光子3D打印技术制备的超表面光器件的近期研究工作进行了综述。文章首先概述了超表面的概念、优势及加工方法,然后介绍了双光子3D打印技术的原理、发展历程和工艺优势,随后分类综述和讨论了表面等离激元超表面、超透镜、超表面纳米显示与图像处理和与光纤端面集成超表面的近期研究工作,最后对基于双光子3D打印技术的超表面光器件进行了评论与展望。