东北师大付申成教授、张昕彤教授、刘益春教授Opt. Lett.：精细微纳结构加工，相比传统光盘存储容量大幅提升！

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精细的3D微纳光学元件已经在物理、生物和化学等领域取得了广泛应用。在均匀或非均匀介质中有效捕获光能、并对其折射率进行精细的空间调制是发展集成化先进光子器件的重要手段。对于可发生机械形变的光活化介质，当用相干光照射时，容易在介质表面出现交替排布的膨胀和塌缩，形成3D周期性结构，即表面浮雕光栅（Surface Relief Gratings，SRGs）。基于光诱导表面浮雕技术，可以远程、无接触式地在特定位置实现微/纳米级精细加工。通常这种复杂的表面起伏微结构可以通过光触发的机械运动产生，但目前只能在有机活性分子体系中实现，并且空间有序的表面形变可能需要大功率或长时间刺激才能达到分子光异构和光取向的平衡状态。

贵金属纳米颗粒（NPs）具有独特的局域表面等离激元共振（LSPR）效应。当入射光频率与金属外层自由电子振荡频率相匹配时，金属纳米颗粒能够高效吸收或散射外部光能，发生光化学反应、或以热的形式释放能量并产生“光热效应”。

近日，东北师范大学物理学院付申成、张昕彤、刘益春研究团队提出了一种基于等离激元驱动的光诱导质量迁移技术，在非光活性介质上实现了精细的表面形貌调制。相关成果以“Plasmon-driven light harvesting in poly(vinyl alcohol) films for precise surface topography modulation”为题发表于《Optics Letters》 ，2021年4月6日在线出版。

在两束相干的蓝紫激光（λ=403.4 nm）辐照刺激下，利用干涉条纹亮区银纳米颗粒（Ag NPs）的LSPR过程，诱导银离子扩散、银纳米团簇聚集性生长，驱动非光活性的有机聚乙烯醇（PVA）介质软化与膨胀，成功制备了具有周期性峰/谷结构的表面浮雕光栅（SRGs），如图1所示。通过简单的预热处理方法将超小尺寸银核引入聚合物基质中，大幅度提高了介质的光能利用和转换效率。

图1（a）在Ag / PVA薄膜中原位记录的一阶衍射效率（实线）和SRGs高度（虚线）与时间的关系；（b）通过AFM扫描的Ag/PVA薄膜表面浮雕光栅3D表面形貌；（c）在不同照射时间下Ag/ PVA膜表面的AFM图像（30分钟，60分钟和90分钟），不同记录时间下的表面调制高度在下方分别对应。

通过灵活地轴对称90°旋转Ag/PVA杂化薄膜，成功实现了更为复杂的网格状表面浮雕图案——交叉表面浮雕光栅（Crossed Surface Relief Gratings，CSRGs），如图2所示。仅仅通过改变旋转角度构建多套光栅，轻松实现任意三维结构的微纳加工，这为制备高效率的光能转换器件提供了新的方法和思路。

图2 交叉表面浮雕光栅（CSRGs）的AFM图像

利用这种旋转构建CSRGs的方法，可以进一步实现多角度复用的全息图存储与再现，并将其应用于超高密度信息存储领域。在全息记录介质的单一点位完整清晰地存储了东北师范大学的英文缩写“NENU”（Northeast Normal University）以及36个一阶衍射光斑，如图3所示。相较于传统光盘的比特→比特的逐位存储，其存储容量提高了~100000倍，达到准PB量级。该技术极大地提升了光存储容量，可有效解决大数据时代下信息量指数式“爆炸”增长而带来的存储难题。

图3（a）超高密度全息光存储旋转复用光路图；（b）在Ag / PVA膜中单点记录的四个字母全息图，写入每个全息图的旋转角度为20°；（c）Ag / PVA薄膜中36组全息图的衍射图样，每个全息图的旋转角度为5°；（d）Ag / PVA薄膜的旋转复用全息存储一阶衍射效率动力学。

原文链接
https://doi.org/10.1364/OL.422176

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