超低膨胀微晶玻璃中飞秒激光直写波导探索

李子煌，高运周，范仕刚，顾少轩，陶海征

(1.武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，武汉 430070；2.四川神光石英科技有限公司，绵阳 621700； 3.北京中材人工晶体研究院有限公司，北京 100018)

0 引 言

飞秒激光因其具有脉冲宽度极短、产生的热效应极小、可实现超高精度的微纳加工等特点[1]，在过去的二十年中已经被广泛应用于玻璃内部创建三维嵌入光学元件[2-3]，飞秒激光直写的原理是将飞秒激光束聚焦在透明材料内部，从而在透明材料中产生永久性的折射率变化，进而形成基本的光学元件。

超低膨胀微晶玻璃主要是指以Li2O、Al2O3、SiO2为主要成分的玻璃，经过严格的受控晶化处理后形成的以β-石英固溶体为主晶相的透明微晶玻璃。超低膨胀微晶玻璃在某一温度范围内能达到近零膨胀，同时具有良好的透明度和化学稳定性，被广泛应用于光学器件的制备[4-5]。光波导结构能够将光场限制在微米级截面的通道内以无衍射的方式传输，在光通信、量子信息、传感等领域具有重要的应用价值，一直是集成光子学领域的一个研究热点[6-8]。采用飞秒激光在超低膨胀微晶玻璃中直写波导，能有效提高光路稳定性，增加光学器件精度。

目前，在二氧化硅玻璃[9-10]、硼硅酸盐玻璃[11]和磷酸盐玻璃[12-13]等体系中已经有直写波导的相关研究：Will等[9]采用中心波长为800 nm的蓝宝石激光器，在熔融石英玻璃中写入了损耗低于1 dB/cm的光波导；Homoelle等[11]采用1 kHz的低重复频率以及纵向写入的方式在掺硼石英玻璃中实现了光波导的直写，获得了5×10-3的折射率改变；……