北理工团队在全息光刻微纳制造领域取得重要进展

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微纳光栅作为一种能够调控入射光场振幅、波长、位相及偏振状态的微型光学结构，其复杂度显著低于超表面，且在传感器、光通信、极弱光成像以及光学偏振等方面展现出巨大的应用潜力。不过，传统光刻制造方式因高昂的成本和繁琐的流程制约了其广泛应用。对此，康果果、王岭雪研究小组借助全息光刻的新型无掩模技术取得了突破性进展，成功研发出经济实惠且性能卓越的金属纳米光栅，并在可穿戴传感和短波红外偏振成像领域完成了验证工作，相关成果已相继刊载于ACS Applied Materials & Interfaces与Optics and Laser Technology两大顶尖期刊。

图1. 传感器置于人体皮肤上进行检测

可穿戴折射率传感器（ACS AMI 2025）：传统的等离子体传感器多依赖于刚性材料如硅或玻璃作为基底，这使得它们难以适应人体表面的曲面特性，从而影响了其在可穿戴设备中的普及。利用激光干涉光刻技术，研究团队在PET基材上构建了高度一致的银光栅，此过程简便且经济，适合大批量生产。同时，他们还将共振峰宽度缩减到了6.9纳米，增强了传感器的敏感度和性能指标。在稳定性测试中，即便经历了上百次的弯曲、拉伸操作以及长时间浸入液体之中，该传感器的共振峰宽度变化幅度仍控制在3.6纳米以内，敏感度波动不超过1.3%。配合便携式光纤光谱仪后，开发出的手持式检测装置实现了毫秒级别的快速响应，并且无需特定实验室条件即可实现实时分析。借助微流控技术，这套系统还能对多种液体样本进行动态监控，为持续性的环境评估提供了技术支持。这项创新设计为可穿戴传感器技术开辟了新方向，在医疗保健、环境监控及智能交互等行业具有重要的实用价值，未来可能与智能手机等大众消费品相结合，助力高端实验室仪器的功能向日常设备转移（图1）。

图2. 金属线栅偏振片的测试数据及其实际外观

短波红外金属线栅偏振片（OLT 2025）：金属线栅属于一种非共振型光栅，其消光比与光栅周期成反比关系，与金属层厚度呈正相关。常规的金属线栅通常需要通过电子束光刻加离子束蚀刻的方式来完成制造，这种方式不仅工序复杂、造价昂贵，还由于难以形成足够高的光栅层而导致消光比偏低。为了克服这些问题，研究团队探索了一种无需蚀刻的新工艺路径，即先用全息光刻技术成型，再以倾斜方式沉积金属膜，从而制备出了金属线栅偏振片。这一方法不但降低了红外金属线栅偏振片的制造门槛和成本，还实现了更高的金属层高度，极大提高了消光比。最终制成的产品在12.5微米波段的平均消光比达到了40分贝（TTM:TTE=10000:1）（图2）。

上述一系列发现为微纳光栅的大规模生产和实际应用提供了全新思路。通过降低成本并简化流程，不仅解决了“高性能”与“低成本”之间的矛盾，还促进了柔性光子器件和红外光学元件技术的发展，在医疗、环境监测及红外偏振等众多领域展现出广阔的应用前景。

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