中科院物理所在铌酸锂纳米光学方面研究取得重要进展

近年来，铌酸锂单晶薄膜制备技术的突破极大地推动了铌酸锂晶体在光学超表面等微纳光学器件中的重要应用。但是，铌酸锂晶体的高硬度和化学性质不活泼等特性给微纳加工带来巨大挑战；另外，常规的光学超表面制备材料多局限于各向同性材料，而各向异性铌酸锂晶体的双折射特性尚未在光学超表面领域实现系统性探索。

图 a.铌酸锂纳米结构加工工艺；b.非线性超透镜；c，d.铌酸锂手性超表面理论设计和实验结果

团队建立了包含材料双折射响应的双模共振耦合波模型，并由此构造了空间结构上呈现出非手性特征的铌酸锂纳米结构（图c）。理论分析表明，当铌酸锂晶体的光轴旋转到特定的角度时，双折射导致结构的镜面对称性破缺，两个近简并的共振态产生强耦合效应，其杂化共振模式表现出巨大的手性，产生接近1的圆二色信号。在实验上，团队采用自研的多组分气体协同刻蚀技术，成功加工出所设计的铌酸锂纳米结构（图d），具备优异的表面形貌光滑度和侧壁陡直度。光谱测试结构证实了理论预测的核心结果，测得的圆二色信号达到0.53。

酸锂的晶体结构和所设计纳米结构均是非手性的，两者结合能够产生手性的光学响应，这一全新的现象将会启发新铌酸锂光学器件的设计，在微纳光学领域具有重要的科学意义。