近日，永利物理系超快光子学实验室戴晔教授团队与巴黎萨克雷大学ICMMO实验室Matthieu Lancry教授团队在《Progress in Materials Science》上合作发表了题为“Materials roadmap for inscription of nanogratings inside transparent dielectrics using ultrafast lasers”的长篇综述文章，全文分为6章，14个大图，共约18000字。该论文以“光与物质相互作用”中的“物质”（包括透明电介质、半导体和晶体等）为重点对近二十年来超快激光诱导纳米光栅的形成机理进行了介绍与讨论，并在基于材料化学组分的基础上对其周期性、纳米孔尺寸、填充因子以及相关的“光学性能”（纳米光栅形成的起始/破坏的能量窗口、最大延迟量或者双折射）和“技术性能”（诱导纳米光栅的能量消耗、激光扫描速度以及热稳定性）进行了分析与总结。该期刊是国际凝聚态物理、材料科学研究领域的权威学术期刊，在物理和材料学界具有重要影响。它致力于发表具有极高影响力的综合评述文章，以全面、权威、重要和可读性而著称，期刊最新影响因子为37.4（中科院1区）。永利物理系博士生姚恒为论文第一作者，戴晔教授以及巴黎萨克雷大学Matthieu Lancry教授和博士生谢琼为共同通讯作者。
超快激光脉冲在透明材料加工领域内已经成为一种非常优异的加工工具，它可以诱导出具有高自由度和高空间精度的2D/3D结构改性。由此，人们可以很大程度上根据激光辐照参数来诱导自组织结构、孔洞、纳米晶体等结构改性，以及进行3D折射率分析。紧聚焦飞秒激光与光学材料相互作用的最有趣和最富创新的现象之一就是产生自组织光整形的纳米结构—纳米光栅，在该结构的基础上又发展出各类光子学应用，包括双折射元件、几何相位光学元件、超稳定高密度5D光存储技术、微/纳流体通道、耐极端环境的光纤传感器或三阶非线性光学，上述应用都是利用这种“光诱导结构”（事实上并非真正的结构自组织）的光学各向异性特点。尽管已有多种纳米光栅形成机理（等离子体与光子干涉模型、瞬态等离子体模型、不均匀性散射波干涉模型和自陷激子模型）被提出，但其仍未有最终的定论，因此在任意透明电介质中诱导纳米光栅的构想仍面临诸多挑战，并且目前仍未有关于纳米光栅化学组分依赖的系统性研究。因此，文章站在玻璃化学组分的视角总结了近20年间纳米光栅发展的材料路线图，并将发展时间划分为三个阶段，将受激等离子体引起的纳米空化过程认定为自组织光栅形成（由于散射波干涉）的主要原因。最后，文章根据玻璃化学组分的不同分类，对纳米光栅结构特性（周期、纳米孔径、填充因子），光学性能（纳米光栅能量窗口、最大延迟量、双折射）以及“技术性能”（激光扫描速度、功率消耗、热稳定性）分别进行了分析与总结。
双方研究团队在自组织纳米光栅领域有着丰富的研究经验，围绕超快激光微纳制造的课题开展密切合作，研究工作发表在（Ceramics International，2021, 47, 34235；Ceramics International，2022, 48, 31363；Optics Express，2023, 31, 15449；Progress in Materials Science，2024, 142, 101226）。该工作得到了国家自然科学基金面上项目（12274280, 11774220）、国家留学基金委联合培养博士生项目（No. 202206890050）的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.08.333
https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.07.012
https://doi.org/10.1364/OE.488249
https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2023.101226
