激光全息光刻技术在微纳光子结构制备中的应用进展

王 霞，吕 浩，赵秋玲，张帅一，谭永炎

1. 青岛科技大学数理学院，山东 青岛 266061 2. 山东省新型光电材料与技术工程实验室，山东 青岛 266061 3. 香港科技大学物理系，中国 香港

激光全息光刻技术在微纳光子结构制备中的应用进展

王 霞1,2，吕 浩1,2，赵秋玲1,2，张帅一1,2，谭永炎3

1. 青岛科技大学数理学院，山东 青岛 266061 2. 山东省新型光电材料与技术工程实验室，山东 青岛 266061 3. 香港科技大学物理系，中国 香港

微纳光子结构研究随着光子学、半导体物理学及微加工技术的发展而逐渐蓬勃开展，并在其结构、理论、制备技术等方面取得了系列进展。受限于目前的微加工技术水平，要成功制备大尺度、高质量的光子材料仍然存在着一定挑战。激光全息光刻技术作为一种简便快捷的微结构制作技术已经发展成为一种经济快速制作大面积微纳超材料及光子晶体模板的重要手段。介绍了激光全息光刻技术的原理，详细阐述了该技术在制作三维面心立方、木堆积结构、金刚石结构光子晶体以及光学周期类准晶、手性超材料、周期性缺陷结构等微纳光子结构中的应用研究进展。激光全息光刻技术成功制作微纳光子结构为光子材料在更多领域的广泛应用提供了基础和方法。

微纳光子结构；激光全息光刻；光子晶体；超材料

引 言

微纳光子结构随着光子学、半导体物理学及微加工技术的发展而逐渐蓬勃开来。能够有效调控光子运动的光子结构，诸如手性材料[1](chiral materials)、光子晶体[2-3](photonic crystals)、负折射率材料[4](negative refraction index materials)等，在光信息领域发挥着日趋重要的作用。具有许多特异光学性能的微纳光子器件，使得信息技术革命实现了大的飞跃和突破。近年来科学界对微纳光子结构的研究热潮不断涌起，在设计、制备以及应用方面，相继有很多新的成果出现[5-9]。光子晶体，一种具有带隙特征的光子结构，由于可以控制光子流动被称之为类半导体，它潜在的科学价值和应用前景同样得到了科学界的关注，人们对其结构、理论、制备技术等不断地进行研究并取得了重大进展[10-12]。当前具有应用价值的光子材料大部分都来自于人工制备，而受限于目前人类的微加工技术水平，要成功制备大尺度、高质量的光子材料仍然存在着很大挑战，尤其是制作应用范围较广的光通讯波段和可见光波段的光子晶体更是一普遍难题。

随着人们对光子结构制备技术研究的不断进展，激光全息光刻技术作为一种简便的微结构制作技术在制备微纳超材料及光子晶体模板方面的应用也渐渐凸现。激光全息光刻技术是一种基于相干激光干涉效应的无掩模版光刻技术。它采用多束激光在晶片表面汇聚发生干涉效应从而产生各种由亮区和暗区构成的干涉图样。Kirkpatrick等曾用两束Ti: sapphire飞秒激光相干产生的干涉条纹照射双光子聚合材料，制作了条纹光栅微结构[13]，这是把激光全息干涉技术结合光聚合用于微加工的最初的研究之一。Berger等提出了用全息技术制作光子晶体[14]，并在实验上利用三个衍射光栅制作出二维光子晶体。牛津大学Campbell等提出了用三维全息光刻技术制作可见光波段的光子晶体[15]。凭借其制作成本低，制作面积大，设计便捷等优点，全息光刻技术在制作光子晶体方面吸引了人们的广泛关注[16-18]。此外，该技术所制作的结构还具有灵活多样性。研究表明，多光束干涉不仅可以形成周期点阵结构，还可以制作具有旋转对称性的准周期点阵结构，所得结构的晶格对称性、晶格周期、带隙位置、介质占空比等均可调控。因此，激光全息光刻技术是一种经济快速地制作大面积微纳光子结构的重要手段。从衍射光栅、二维光子晶体到三维结构的制作，以及光学周期类准晶和其他一些特殊的结构的制作，激光全息光刻技术越来越显示了它在该领域应用中的独特优势。本文将重点讲述该技术在制备多种微纳光子结构中的应用前沿进展。

1 激光全息干涉原理

激光全息光刻技术实际上就是利用多束相干光在空间汇聚，在光斑区域形成空间周期变化的干涉图案并记录于感光介质上。由于干涉场中的记录介质感光程度不同，使折射率产生周期性变化从而形成周期变化的有序结构，结构尺寸、形状、衬比度由相干光束的参数决定。

两束光干涉能在空间形成一系列极大值平行平面，平面内光强处处相等，平行平面之间的垂直距离由入射光波长及两束光之间的夹角确定，面间距为：d=λ/2sin(θ/2)，其中λ为入射光波长，θ为两光束夹角。同时平面的方位也是确定的，它垂直于两入射光束所构成的平面，且与两入射光束的角平分面平行。

当入射光多于两束时，所形成的不同平行平面的组数为(n-1)+(n-2)+…+1，n为不同方向的入射光束数。例如当n=3时，三束光两两相干会产生方向不同的3组平行的极大值平面，这3组平面在空间相交而成的极值点在二维空间上是周期变化的，但在第三维空间上是极值线。当入射光束强度都相等时，极值点处的光强与形成这些平面的光束数的平方成正比。因此极大值点处的光强要比其他位置大得多，能够形成光学陷阱。在适合的条件下，电介质颗粒会由于光梯度力而被束缚于陷阱中，构成一种特殊的介电结构[19]，这对于研制新一代的光电材料是很有意义的。

(1)

根据曝光次数不同，可将激光全息光刻技术大致分为两种，即单步曝光和多步曝光。单步曝光法是多束激光(通常成伞形光路)同时入射到记录介质中，将入射光束的参数(如光束间的夹角、光强比、偏振态等)调整到最佳理论值，这样干涉图案的对比度就会很高，可以制作出满足禁带要求的高品质光子晶体模板[20]。也可以采用相位掩模板与全息光刻技术结合进行曝光获得不同结构的光子晶体，预先在某一基板上制作形状不同的相位掩模板，使激光束照射在上面，则透过去的光会有光束的相位偏移，多束光在模板后面的感光基板上干涉获得光子晶体[21-22]。多步曝光则是采用最少两束光干涉，在感光样品某一区产生干涉花样，然后通过改变条件(如改变光束入射角度、调整偏振态、旋转样品等)再次进行曝光，从而制备出相位掩模板[23]、二维、三维等微纳光子结构[24-25]。

2 三维周期结构的制作

有很多科研工作者借助激光辅助技术和化学材料的单光子或双光子聚合技术进行一到三维周期性微结构的制作[26-29]。Sun[26]利用Ti:sapphire飞秒激光的二倍频激光进行光聚合；Brian[29]也在Nature上报道了利用飞秒激光的双光子引发聚合，制作三维有序结构。直写技术可以制备多种结构复杂的光子材料，但是在制作过程中，需要逐步精确定位扫描样品，因此存在能耗高、时间长、样品周期常数大、晶格定位精度不高的局限。利用激光全息光刻技术则可很便利的制作周期有序的介质结构，根据计算模拟得到的光学条件加之不同的光路构型，可以设计制作三维的面心、体心、简立方等多种高对称性晶格结构[30-33]。

实验中比较常用的感光材料是在近紫外辐射的高对比度环氧型负性光刻胶SU8作为原始高分子聚合树脂。SU8按比例1∶1溶解在光致引发剂261质量分数为2%的γ-丁内酯中形成感光性树脂溶液，将感光性树脂溶液旋涂在玻璃片基底上形成大约10μm厚的光致感光剂样品，然后90 ℃下加热一个小时祛除多余的溶剂，制成所需样品玻片作为实验中感光胶。

2.1 FCC结构的制作

利用可见光引发聚合体系制作三维面心立方光子晶体[34-35]。实验中将由氩离子激光器发出的514 nm激光分为四束等振幅的光束，中间光束沿z轴垂直方向，其余三束光绕z轴呈伞状对称分布，与中间光束的夹角是38.9°，干涉花样还依赖于光束的偏振，根据计算机模拟结果的最佳对照，四束光的偏振分别是ω1=π/9,ω2=4π/9,ω3=7π/9,ω4=π/9。得到的样品结构如图1所示。

图1 三维面心立方光子晶体结构[34]

(a)： (111) face; (b)： Volume fractions 53%; (c)： Volume fractions 41%; (d)： volume fractions 22%

由图1中可以看出样品结构的周期有序性非常高，几乎没有缺陷。由于所得结构的介质占空比可以通过曝光量进行连续调节，使得光子晶体带隙的位置和宽度可调。在FCC结构的基础上，通过电化学沉积技术，可以将该结构制备成Cu2O的反结构[36]，在微波波段具有光子带隙，这种填充可以实现高质量金属或金属氧化物光子晶体。在光栅结构中，还可以通过沉积纳米金颗粒并进行热处理，获得厚度在50～80 nm的纳米金颗粒的光栅结构[37]，为进一步研究电磁波在金属纳米颗粒的中的传输效应提供了方法。

2.2 类金刚石结构光子晶体的制作

金刚石结构的三维光子晶体是人们期待的最理想的三维完全带隙光子晶体，而金刚石结构中每两个最靠近的“原子”连在一起且未分开称为类金刚石结构。利用全息光刻技术可以制作类金刚石结构光子晶体[38-39]，理论计算表明此类金刚石结构的完全带隙与完全金刚石结构基本相同，并且产生完全带隙所需的折射率很低，最低可达到2.05。将制作面心结构光路的光束配置中的中心光束改为圆偏振光，各束光的偏振和强度调整为适宜值时，实验制作的就是类金刚石结构光子晶体，如图2所示，该结构在微米波段具有光子带隙。

图2 类金刚石结构光子晶体[38]

(a)，(b)： 不同放大倍数的扫面电子显微镜图；(c)： (114)晶面电镜图；(d)： (114)晶面对应的计算机模拟结果

Fig.2 Diamond-like photonic crystals fabricated by holographic lithography

(a)，(b)： SEM of the fabricated crystals with different magnification; (c)： Close-up of the sample with top surface on (114) crystal plane; (d)： Simulation of the diamond-like structure’s (114) crystal plane

3.3 woodpile结构的制作

Woodpile[40-42]结构具有面心四方对称性，它可以看成是FCC结构沿垂直方向伸长后的结构，能够产生较为理想的禁带宽度和最大带隙率，且填充率的调节范围更宽[42]。实验采用SU8负性光刻胶，氩离子激光器为光源，将由激光器发出的激光分成直径为7.5 mm等振幅的五束光，中间圆偏振光束沿z轴垂直方向，周围四束线偏振光绕z轴呈伞状对称分布，与中间光束的夹角是41.8°或70.53°，调节光束的强度和偏振则可制备出woodpile结构，图3给出了所制备woodpile结构的光束配置图、模拟图和实验SEM图。

图3 全息光刻技术制备woodpile结构[40]

通过电化学沉积的方法，将结构中的空隙用Cu2O填充，可以获得SU8-Cu2O的复合结构[43]，在光学波段具有光子带隙，热处理以后得到高折射率对比度的Cu2O woodpile结构，并具有完全光子带隙。通过改变全息干涉的光路，利用特殊设置的光学元件代替多束激光，根据Brewster定律调整入射光束的偏振，可以进一步简化实验制备，一步曝光获得woodpile结构[44]。

3 准晶结构的制作

光子准晶相对于传统的光子晶体而言，具有很好的旋转对称性，更多各向同性的光子带隙和展示有趣的光波传播的性质[45]。但是传统的光子晶体制作方法很难制作二维准晶，制作三维准晶几乎是不可能的。然而利用激光全息技术可以实现这一突破，通过有限时域差分法计算在理论上证实可以通过该技术制备多面对称结构[46-48]，近年来结合全息技术和光致分子的聚合也已实现二维准晶和三维准晶的制作。

3.1 二维准晶的制作

由氩离子激光器发出的激光通过反射光栅的分光获得直径大约是4 mm，功率大约是2 mW的五束光围绕中心轴对称分布，每两束光之间的夹角是72°，每束光和中心轴的夹角是39°。五束光在感光剂SU8上汇聚于一点并曝光，进行后续处理后得到二维准晶结构[49-52]。

图4清楚的展示了二维Penrose准晶的十重对称，接近于理想的二维准晶，获得了准周期结构的晶体。He-Ne激光衍射图由具有十重对称性的衍射点组成了两级衍射环，证实了其结构为准晶结构。还可以利用五束光获得二维五边形对称，其他的旋转对称和三维结构，而且改变光的强度和偏振还可以获得一系列各种体积分数和形状变化的结构。

图4 (a)，(b)分别为二维准晶SEM图和模拟图；(c)用锐角分别为72°和36°菱形拼砌图案来标识的准晶结构；(d)准晶结构的衍射图案[49]

Fig.4 (a)，(b) SEM and simulated structures of two-dimensional quasi-crystals; (c) quasi-crystals marked with 72° and 36°rhombus of acute angle; (d) diffraction patterns of quasi-crystal

准晶结构的制备可以采用多束激光汇聚干涉[49]，也可以采用具有反射功能的光学组件，通过一束光的反射和分光得到s-偏振的多束光干涉，获得二维准晶结构[44]。将纳米金颗粒在准晶结构的模板上涂覆并经过热处理，可以得到纳米金的准晶结构，并可以获得该结构对不同偏振光的响应特点[53]。

3.2 三维周期准晶的制作

Yael Roichman[51]等采用理论计算和模型设计出准晶结构的全息光刻制作，Ion Bita[54]等成功制作了八面准晶结构。具有不同带隙位置的二十面准晶结构的制作也通过各种技术已经实现，立体印刷术实现了带隙在微波范围内结构的制作[55]，激光直写技术实现了带隙在红外范围内的制作[56]，全息光刻技术实现了带隙在可见光范围的制作[57]。

在全息光刻技术制作三维准晶结构中，实验将由氩离子激光器发出的488 nm线性偏振激光分为直径9 mm，功率5 mW的六束光，使其通过底板的六个小孔入射到斜五边形棱锥然后汇聚于一点照射在感光样品SU8或DCG上。中间光束沿z轴方向且通过斜五边棱锥的中心并被放置于棱锥上的平面镜垂直反射，周围的五束光围绕中间光束均匀分布，通过底板小孔内的偏振片调节六束光的偏振，然后实现感光材料的曝光。光束构型和所制备的二十面准晶结构分别如图5和图6所示。

图5 二十面体准晶结构光束配置[57]

(a)： 制作二十面准晶的7束光构型图；(b)： 二十面准晶晶格F，U和P分别为5重、3重、2重对称结构模拟结果；(c)： 7束光配置制备5重对称准晶结构实验所用光束配置图；(d)： 制作2重和3重对称结构所用光束棱镜配置

Fig.5 Beam configuration for icosahedral quasicrystals

(a)： 7-beam configuration for the icosahedral quasicrystal；(b)： Icosahedral quasicrystal lattice (red) and the simulated 5-fold (F), 3-fold (U), and 2-fold (P) symmetry projections using 70% intensity cutoff；(c)： Actual 7-beam arrangement (for 5-fold symmetry) using a truncated pentagonal prism；(d)： Setup for obtaining 2-fold and 3-fold symmetry projections on the surface of photoresist using a pair of prisms

图6 入射角为63.4°时制作的二十面准晶的SEM图像[57]

(a)： Icosahedral quasi-crystal lattice; (b) to (d)： SEM of 5-fold, 3-fold, and 2-fold symmetry structure, respectively

4 周期与准晶的复合结构

采用十束光的全息光刻装置来制作周期准晶复合结构[58]。实验中将氩离子激光器发出的488 nm的线偏振激光通过反射光栅的分束获得直径大约是4 mm，功率大约是1.55 mW绕中心轴对称分布的五束光，各光束之间的夹角为72°。为了获得比感光树脂临界角大的入射角Ψ(Ψ是入射光与中间z轴的夹角)，在基底上倒置一个五边形棱镜，这样每一束光垂直与棱镜的倾斜面并与其他的光束在感光剂内会聚于一点。经曝光、显影后在感光剂SU8上得到三维周期与准晶复合结构。

由图7(a)中可以清楚的看到所得到的结构在垂直方向晶体是周期性的，周期大约为0.22 μm。结构的十次对称性可以从截面图中很清楚的看到(由十个孔包围形成的圆圈可以看出来)。样品表现出了Penrose结构的二维准周期，z轴方向呈周期分布。样品表面可以观察到明亮的色彩，由图7(b)光谱图可知所得结构在可见光范围内具有光子带隙。

图7 (a)周期准晶结构的SEM图像，插图是样品表面的SEM图； (b)样品反射和透射光谱图[58]

若是将参与干涉的光束进行偏振态调节，则可以得到类似于一维层状结构[59]，如图8所示。由图中可以看出其结构是层状的，且两层之间有一定的支撑以防止结构坍塌，该结构在可见光范围内具有光子带隙。

图8 一维层状光子晶体结构[59]

(a)： Spectra of green area of samples; (b)： Color distribution of the structure surface; (c)： Computer simulated structures; (d)： SEM of layered structures

5 手性螺旋结构的制作

手性结构对入射光有主动的光学响应，将会表现出一定的旋光性[60](线偏振光通过介质时，该介质使偏振光的偏振面发生旋转或变成椭偏光)、圆或椭圆偏振二向色性[61](该介质对左右旋圆偏振光的透过率不同)、不对称传输性[62]等现象。手性材料的旋光性或圆二色性在光开关、光隔离器、偏振滤波器等集成光子器件方面具有极好的应用潜力，应用开发研究不断升温。人工设计制作的手性超材料可以获得比天然手性材料更优异的性能，如纳米尺寸、高旋光率、显著的圆二向色性等[63]。

采用六束等间隔呈伞形分布的线性偏振光和中间一束圆偏振光干涉可制备手性螺旋微结构。调节侧光束与中间光束的夹角可以改变制备的螺旋结构的倾斜度和分离度。将由He-Cd激光器发出的325 nm激光调整为直径是1.2 mm，功率是80 μJ的光束，周围六束光为线偏振光呈伞状对称排布，偏振角度为90°，两两夹角为60°，与中间光束的夹角为37.7°(对应于光与感光材料的夹角是21.2°)，中间光束调整为圆偏振光[64]。七束光在感光胶SU8上汇聚于一点，经过适量的曝光和后续处理得到螺旋结构样品，如图9(b)所示。由于在处理过程中螺旋结构的压力，在有螺旋结构的垂直方向上光刻胶大幅度缩水，在没有螺旋结构的方向上正常缩水。实验得到的螺旋结构区域较小，约为20 μm×20 μm。采用激光扩束加棱镜反射汇聚技术，可以有效解决螺旋结构制备中光束相位不匹配的问题，且有效增大了样品面积。

对所制备的螺旋结构进行了旋光性和圆二色性的光谱测量。结果表明，线偏振光入射到样品上，通过对斯托克斯参量的测量和计算，发现结构对于550～750 nm左右的线偏振光存在一定的旋光效应，在650 nm处偏振度改变达10°，如图9(a)和(c)所示，该结构的旋光性超过之前利用DCG制备的手性结构。

图9 斯托克斯参量测量SU8螺旋结构[65]

(a)： Polarization rotation；(b)： SEM images of SU8 spirals with cross sections；(c)： Ellipticity；(d)： Circular Dichroism of circularly polarized incident light of SU8 spirals

进一步研究手性螺旋结构对于圆偏振光的透过情况，采用上述平台测量左旋和右旋圆偏光分别从不同方向(正面和反面)入射到样品表面时的透过率，计算了圆二色性(CD)Δ=2×(TR-TL)/(TR+TL)，其中TR和TL分别是右旋圆偏光和左旋圆偏光的透过率。在螺旋结构区，波长小于650 nm处，CD为正值，波长大于650 nm时为负值。在610和680 nm处，CD绝对值达到0.5，如图9(d)所示。表明所制备的螺旋结构对左旋和右旋的圆偏振光具有显著的圆二色性[65-66]，实现了手型结构对于偏振光的调制作用，对手性超材料的研究提供了样品素材。

6 周期性缺陷结构的制作

利用激光的时间相干性实现了多套干涉光场的非相干叠加，恰当选取其干涉图案、周期、对称性取向和相对强度，即可形成正弦调制含周期性缺陷的光场[67]。理论计算表明，二维复式光子晶体较易表现出完全光子带隙[68-69]，是科研工作者研究兴趣关注领域之一。采用4束椭圆偏振光相干并改变它们偏振角度和初相位的大小，可获得对比度不同、尺寸大小各异的嵌套复式晶格[70]。采用各包含3束对称分布光束的两组椭圆偏振激光相互干涉，每3束光具有相同光程差和入射角且两组之间光程差和入射角不同，则获得两组相互独立周期不同的晶格嵌套，调整两组干涉光的相对强度和初相位，亦可改变两组晶格的大小和相对位置[67]。二维复式光子晶体由于存在两种排布不同的晶格，也可将其视为光子晶体的缺陷态，理论计算表明，在完全带隙中表现出一定的缺陷频率[71-72]。如果能有效控制该缺陷态，调节缺陷频率的位置，可以实现二维光子晶体的平面发射，对光子晶体的激射研究具有重要的意义。

图10 二维嵌套复式结构光子晶体SEM

采用6束线偏振光干涉，改变非相邻三束光的方位角，令该三束光波矢的方位角沿同一方向偏移角度σ，则可在二维六角格点分布外围产生嵌套的大周期六边形格子排布，获得二维复式结构光子晶体，如图10所示[73]。在均匀排列的六边形结构的内部有六角排列的周期格点，形成复式嵌套结构，图10(a)右上角插图为计算机模拟结果。图10(b)为高倍率下样品表面的SEM图像，在每个六边形内部整齐的排列着小的孔洞结构，直径约为500 nm，从中心向外成多重六角排布，如白线标注所示，纵向8 μm左右的二维柱状结构。通过干涉光束相位的调节，也可实现周期性缺陷的一维光栅结构[74]。

7 梯度层状结构的制作

利用两束光全息光刻的方法可在重铬酸盐明胶上制作面结构宽带隙的光子晶体。通过明胶的微分膨胀，得到了面间距一定的成面结构，并具有高效率以及在可见光区域的宽带隙。将DCG涂在厚度是2 mm折射率是1.52的玻璃基底上，厚度约为24 μm，制成DCG全息干板。将氩离子激光器发出的488 nm的激光调整为直径约为7 mm，功率为1.5 mW的光束，垂直入射于全息干板基底面，并与从明胶后面反射镜反射回来的光束在明胶内发生干涉形成平行与基底面的成面结构，面间距约为155 nm。所作结构受样品后处理时脱水温度的影响较大，如图11和图12所示[75-76]。

图11(b)—(d)中明显的可以看出层状结构，(c)和(d)中的插图可以看出层间距的梯度变化。(d)中的插图层间距是从空气明胶面以纵深z的函数递增的，但是在较低的脱水温度时这种变化是不明显的，可见梯度间距是随脱水温度的变化而变化的。

图12是图11中样品的反射和透射图，由图中可知带隙的宽度在以一定程度上依赖于脱水温度，当温度较低时，带隙的宽度约为30 nm，比较窄，随着温度的升高带隙宽度逐渐变大至100 nm。采用全息光刻技术，两束光在DCG全息干板上干涉制作结构层状，在可见光范围内获得大约100 nm的宽带隙。通过控制两束光的干涉方向，在染料掺杂的DCG样品(具有折射率梯度变化)中还可以得到倾斜排列的梯度条纹结构，结构具有较宽和品质较好的光子带隙[77]。

图11 不同脱水温度的DCG样品横截面的SEM

(a) to (d) with dehydrated temperature of 20, 36, 49, and 49 ℃, respectively; (c)： Air-gelatin area；(d)： Gelation-glass area

图12 不同脱水温度时DCG样品的垂直反射和透射图

8 结 论

概括总结了激光全息光刻技术制作晶体、准晶体等各种微纳光子结构材料。随着制备技术日趋优化，激光全息光刻技术已经成为经济而快速地制作大面积微纳光子结构及其模板的重要手段，结合等离子体气相沉积、电化学沉积等技术，充分地发挥其制备方面的优势和作用，将会更好地促进微纳光子材料及集成光子器件的发展和应用。

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(Received Jul. 20, 2015; accepted Nov. 4, 2015)

Application Progress of Holographic Lithgraphy in Fabrication of Micro-Nano Photonic Structures

WANG Xia1,2, LÜ Hao1,2, ZHAO Qiu-ling1,2, ZHANG Shuai-yi1,2，TAM Wing-yim3

1. College of of Mathematics and Physics, Qingdao University of Science and Technology, Qingdao 266061, China 2. Advanced Optoelectronic Materials and Technologies Engineering Laboratory of Shandong, Qingdao 266061, China 3. Physics Department, Hong Kong University of Science and Technology, Hong Kong, China

Micro-nano photonic structures are developing vigorously based on the progress of photonics, semiconductor physics and microfabrication technology. A series of results are achieved in structure characterization, theory, and fabrication of them. Most high quality photonic structures are man-made ones; however, there are still some challenges in fabricating artificial large-area and high-quality photon materials. With the advantages of photonic structure processing technology, holographic lithography, a low-cost, time-saving and high-efficiency microfabrication method, performs superior application potentials in making metamaterials as well as photonic crystal templates. In this article, we introduced the principles of holographic lithography and described the applications in fabricating various micro-nano photonic structures, such as three dimensional face-center-cubic, wood-pile, diamond-like photonic crystals, as well as quasi-crystalline structure, chiral metamaterials and periodic defect-mode structures. Moreover, the applications of some structures in solar cell and optical fiber sensing are discussed. The success of fabricating micro-nano photonic structures by holographic lithography would pave the way for more applications of these structures in wide fields.

Micro-nano photonic structures；Holographic lithography；Photonic crystals；Metamaterial

2015-07-20，

2015-11-04

国家自然科学基金项目(11274189，61405101)，山东省高等学校科技计划项目(J14LJ06)，山东省自然科学基金项目(ZR2014FP012)资助

王 霞，女，1972年生，青岛科技大学数理学院教授 e-mail: wangxia@qust.edu.cn

O433

A

10.3964/j.issn.1000-0593(2016)11-3461-09