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。基于介質晶體襯底的回音壁模式光學微腔具有高非線性系數（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面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浙江大學現代光學儀器國家重點實驗室合作，提出了一種基于飛秒激光直寫的晶體高品質回音壁模式光學微腔的制備新方案[Sci. Rep. 5, 8072 (2015)]。該方案使用鈮酸鋰薄膜/二氧化硅/鈮酸鋰襯底的三明治結構材料作為樣品（如圖1所示），通過水輔助的飛秒激光刻蝕，在樣品上制備微柱體；接著使用聚焦離子束(FIB)對微柱體的邊緣進行研磨，降低邊緣的粗糙度；為了擴大微腔與周圍環境的折射率差，將二氧化硅層腐蝕為小支柱，形成懸空的鈮酸鋰微盤；最后對微盤腔進行高溫處理。所制備的鈮酸鋰薄膜微腔如圖2(a)所示。經測量，晶體微腔的品質因子在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)顯示了產生紫色的二次諧波的微腔側面圖。
由于該制備技術，對晶體材料的性質不敏感，有望在多種介質晶體上制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 鈮酸鋰微腔制備流程[Sci. Rep. 5, 8072 (2015)]
圖2 (a)飛秒激光直寫制備的鈮酸鋰薄膜微腔（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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