自90年代末以來，研究人員一直在將飛秒激光器的超短脈沖寫入具有寬帶隙的塊狀材料中，這些材料通常是絕緣體。但到目前為止，對于具有窄帶隙的材料，如硅和其他半導體材料，精密超快激光寫入還是不能實現的。人們一直致力于為3D 激光寫入在硅光子學中的應用以及半導體中新物理現象的研究創(chuàng)造更多條件，從而拓展硅應用的巨大市場。
近日，來自于法國、卡塔爾、俄羅斯和希臘的科學家Margaux Chanal等人在最新一期的《自然通訊》（Nature Communications）雜志上發(fā)表了一篇名為《Crossing the threshold of ultrafast laser writing in bulk silicon》的論文。論文中表示，之前在硅中進行超快速激光寫入的嘗試中，飛秒激光器在結構上無法對體硅進行處理的問題得到了突破，采用極端NA值允許激光脈沖可實現足夠的電離破壞硅中化學鍵，導致硅材料永久性結構改變。
此次試驗中，科學家發(fā)現，飛秒激光器即使將激光能量提高到技術上的最大脈沖強度在結構上仍然無法對體硅進行處理。不過，將飛秒激光器替換成超快激光時，在誘導體硅結構操作中沒有受到物理上的限制。他們還發(fā)現激光能量必須以快速的方式在介質中傳輸，以便使非線性吸收的損失最小化。原來之前工作時遇到的問題源于激光器的小數值孔徑（NA），也就是激光傳輸聚焦時可以投射的角度范圍。科研人員通過采用硅球作為固體浸入介質解決了數值孔徑問題。當將激光聚焦在球體的中心時，硅球完全抑制折射大大增加數值孔徑，從而解決了硅光子寫入問題。
事實上，在硅光子應用中，進行3D激光寫入將可能大大改變硅光子學領域中設計和制備的方法。而硅光子學則被視為微電子學的下一場革命，影響著激光在芯片級別的最終數據處理速度，這一3D激光寫入技術的研發(fā)為微電子學打開了新世界的大門。
