城大新型超構(gòu)透鏡，革新現(xiàn)有真空紫外光光學(xué)技術(shù)！
香港城市大學(xué)（城大）共同領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，成功研發(fā)出新型真空紫外光超構(gòu)透鏡，能夠產(chǎn)生及聚焦真空紫外光，這項(xiàng)新技術(shù)將變革真空紫外光光學(xué)市場(chǎng)。
真空紫外光常應(yīng)用於半導(dǎo)體製作、光化學(xué)及材料科學(xué)等領(lǐng)域，而聚焦真空紫外光光源亦廣泛應(yīng)用於微納光刻、材料處理、先進(jìn)製作及其他高端工業(yè)領(lǐng)域。
不過(guò)，要使用真空紫外光的成本頗高。由於波長(zhǎng)100至200納米的真空紫外光很容易被空氣中的氧氣吸收，因此須在真空腔室或其他特別場(chǎng)所才可應(yīng)用。一直以來(lái)，只有用上特別非線性晶體的昂貴大型系統(tǒng)，才能生產(chǎn)及聚焦真空紫外光光束。
應(yīng)用真空紫外光的限制與挑戰(zhàn)
此外，由於現(xiàn)時(shí)用作光學(xué)透鏡的各類玻璃會(huì)大量吸收真空紫外光，因此都不能用來(lái)製作真空紫外光的透鏡。目前可用的少數(shù)材料均脆弱易碎，使製造及設(shè)計(jì)輕薄透鏡有諸多限制。
針對(duì)上述局限，城大電機(jī)工程學(xué)系講座教授蔡定平教授及研究助理教授陳沐谷博士，成功研發(fā)由150納米長(zhǎng)的三角形氧化鋅納米天線陣列組合而成的真空紫外光超構(gòu)透鏡。
蔡教授說(shuō)：「我們用氧化鋅薄片製成的超構(gòu)透鏡具有精心設(shè)計(jì)並排列的納米結(jié)構(gòu)，能夠聚焦真空紫外光，提供一個(gè)便利的方法去同時(shí)產(chǎn)生非線性真空紫外光並將其聚焦。」他是學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進(jìn)展》近期刊載的論文〈真空紫外光非線性超構(gòu)透鏡〉（“Vacuum ultraviolet nonlinear metalens”）的通訊作者之一。
新型真空紫外光超構(gòu)透鏡直徑45微米，可將波長(zhǎng)394納米的紫外光轉(zhuǎn)化為波長(zhǎng)197納米的真空紫外光，並將轉(zhuǎn)化後的真空紫外光聚焦於只有直徑小於兩微米的小點(diǎn)上。根據(jù)美國(guó)萊斯大學(xué)所作的測(cè)試，聚焦光點(diǎn)的功率密度增強(qiáng)了21倍。
變革紫外光光學(xué)市場(chǎng)的突破性技術(shù)
蔡教授說(shuō)：「我們研發(fā)的真空紫外光超構(gòu)透鏡輕巧、高效能，且可通過(guò)半導(dǎo)體電子製造過(guò)程大量生產(chǎn)。這項(xiàng)新穎獨(dú)特、突破性的超構(gòu)透鏡，將革新原來(lái)的真空紫外光光學(xué)技術(shù)及相關(guān)市場(chǎng)。」
新型超構(gòu)透鏡可大幅精簡(jiǎn)真空紫外光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，並推動(dòng)更多先進(jìn)應(yīng)用。此外，這項(xiàng)新技術(shù)將有助開(kāi)發(fā)低損耗真空紫外光部件，令真空紫外光的應(yīng)用更普及。
這項(xiàng)研究計(jì)劃得到香港特區(qū)政府轄下大學(xué)教育資助委員會(huì)研究資助局「卓越學(xué)科領(lǐng)域計(jì)劃」撥款資助，蔡教授是該資助計(jì)劃中「超構(gòu)光學(xué)、超構(gòu)聲學(xué)和超構(gòu)元件」項(xiàng)目的統(tǒng)籌人。
上述論文的共同作者包括美國(guó)萊斯大學(xué)Naomi Halas教授、Peter Nordlander教授、Michael Semmlinger博士、張銘博士、 Catherine Arndt博士、Benjamin Cerjan博士及楊堅(jiān)博士；臺(tái)灣國(guó)立陽(yáng)明交通大學(xué)曾銘綸博士；臺(tái)灣中央研究院黃子庭及朱正弘博士；國(guó)立臺(tái)灣大學(xué)郭信佑博士；以及臺(tái)灣國(guó)立聯(lián)合大學(xué)蘇文生博士。
DOI number: 10.1126/sciadv.abn5644