超小 3D 光學微晶片製程技術

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科技產業資訊室 (iKnow) - 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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