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超小 3D 光學微晶片製程技術

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科技產業資訊室 - 王宣智 發表於 2018年7月27日
圖、At left, different patterns of slices through a thin metal foil, are made by a focused ion beam. These patterns cause the metal to fold up into predetermined shapes, which can be used for such purposes as modifying a beam of light. Courtesy of the researchers.
 

美國MIT、中國科學院和華南理工採用類似剪紙的技法,在晶片內通過機械力學的方法,形成 3D 微結構等效雙向色濾光片,可以濾除右手或左手的圓偏振光。研究團隊利用開發的方程式算出剪紙的圖案,再使用聚焦離子束在數十奈米厚的金屬箔中製作精確的狹縫圖案,研究成果已發表於 Science Advances 期刊。
 

過去的剪紙技術應用,需要利用多個複雜的製程進行圖案的製作,要形成折疊結構時往往採用多個折疊的步驟,形成的折紙的微結構注重在機械特定的活用。本研究的最重要突破點有三:採用單一的製程、利用一切折疊完成三維的圖案與圖形具有多個光學特性。
 

剪紙圖案的切割上,本研究採用微晶片製程相同技術,通過聚焦的離子光束在金屬薄片上切割數十奈米的切口,即完成圖案的切割,因此,能夠快速的產生圖形且相容於現有的製程。在形成3D結構折疊的圖形時,研究利用聚焦離子光束最後完成切割後的停留時,因為聚焦離子光束在單點形成的高應力,扭曲完成切割的帶狀結構形成3D的立體圖形。在光學功能的設計上,將 3D 的立體結構以符合特定的光線彎曲的方案形成彎曲圖形,實現可以過濾左手與右手圓偏振光的功能。在圖形的設計與加工的方法上,研究團隊開發出了一個公式,能夠計算出光學特徵所需要的圖形,3D立體圖形所需要加工步驟,因此未來研究人員只需要利用電腦,即可以預先試算3D圖形的光學特性。
 

新開發的3D光學微晶片裝置比傳統同功能的光學晶片,體積小了幾個數量級,有利於未來光學微晶片的微小化。目前剪紙技術形成3D光學微晶片裝置已經完成了概念驗證,還需要更多的研究擴展其應用領域。(634字;圖1)


資料來源:
Kirigami-Inspired Technique Manipulates Light, Could Enable Microchip-Based 3D Optical Devices. SciTechDaily,2018/7/9
Nano-kirigami with giant optical chirality. Science Advances,2018/7/6
Kirigami-inspired technique manipulates light at the nanoscale. MIT News,2018/7/6


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