高品質回音壁模式光學微腔能夠顯著地增強光與物質的相互作用，在低閾值的非線性光學、量子電動力學、光機械力學和生物傳感等領域有廣泛的應用。基於介質晶體襯底的回音壁模式光學微腔具有高非線性係數（二階或三階）、寬透明窗口、低本征吸收、幾乎沒有雜質發光等獨特優點，在構建光學頻率梳、下一代的經典或量子糾纏光源、量子信息處理芯片、便攜式可調諧光源等方麵顯示出重要的科學意義和良好的商業前景。然而，利用現有的手工或機械拋光技術，難以在晶體芯片上獲得微米尺度的小尺寸高品質光學微腔。
上海光機所強場激光物理國家重點實驗室林錦添等與(yu) 浙江大學現代光學儀(yi) 器國家重點實驗室合作，提出了一種基於(yu) 飛秒激光直寫(xie) 的晶體(ti) 高品質回音壁模式光學微腔的製備新方案[Sci. Rep. 5, 8072 (2015)]。該方案使用铌酸鋰薄膜/二氧化矽/铌酸鋰襯底的三明治結構材料作為(wei) 樣品（如圖1所示），通過水輔助的飛秒激光刻蝕，在樣品上製備微柱體(ti) ；接著使用聚焦離子束(FIB)對微柱體(ti) 的邊緣進行研磨，降低邊緣的粗糙度；為(wei) 了擴大微腔與(yu) 周圍環境的折射率差，將二氧化矽層腐蝕為(wei) 小支柱，形成懸空的铌酸鋰微盤；最後對微盤腔進行高溫處理。所製備的铌酸鋰薄膜微腔如圖2(a)所示。經測量，晶體(ti) 微腔的品質因子在1550 nm波段高達到2.5×105(見圖2(b))。利用單縱模的窄帶可調諧激光對該微腔進行泵浦，獲得了顯著的二次諧波信號，其歸一化轉換效率達到1.35×10-5/mW的[arXiv:1405.6473 (2014)]。圖2(c)顯示了產(chan) 生紫色的二次諧波的微腔側(ce) 麵圖。
由於(yu) 該製備技術，對晶體(ti) 材料的性質不敏感，有望在多種介質晶體(ti) 上製備高品質的回音壁模式光學微腔，推動微腔在非線性光學、量子光學的應用。
該項研究得到了國家重大科學研究計劃、國家自然科學基金等的支持。
圖1 铌酸鋰微腔製備流程[Sci. Rep. 5, 8072 (2015)]
圖2 (a)飛秒激光直寫製備的铌酸鋰薄膜微腔（尺寸55 µm），插圖為側視圖，可見到懸空的區域，(b)品質因子為2.5×105[Sci. Rep. 5, 8072 (2015)]；(c)產生二次諧波（紫藍色光）的微腔的側視圖，(d)二次諧波的轉換效率為1.35×10-5/mW [arXiv:1405.6473 (2014)]。
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