在可見光雷射的照射下,超穎透鏡會藉由非線性效應產生真空紫外光。(陽明交大提供/王惠慧新竹傳真)
在可見光雷射的照射下,超穎透鏡會藉由非線性效應產生真空紫外光。(陽明交大提供/王惠慧新竹傳真)
真空紫外超穎透鏡的聚焦結果。(陽明交大提供/王惠慧新竹傳真)
真空紫外超穎透鏡的聚焦結果。(陽明交大提供/王惠慧新竹傳真)

陽明交大電子所助理教授曾銘綸與美國萊斯大學、香港城市大學、國立聯合大學、中央研究院合作,開發出可有效產生並聚焦紫外光的奈米超穎透鏡(Metasurface lens),研究成果也獲刊國際知名期刊《Science Advances》。

紫外光可應用於殺菌除汙、綠色能源生成、量子計算以及半導體廠的曝光微影,但要有效產生並控制紫外光,並不容易。

陽明交大與跨國團隊專注研究真空紫外光,曾銘綸指出,相較於一般可見光,紫外光具較高能量,皆於真空腔體操作,可應用於光化學、材料分析以及微影等前瞻科技,在次世代科技發展扮演要角。

然而,曾銘綸也說,常見光學材料會強烈吸收真空紫外光,因此如何「產生」與「控制」真空紫外光是一大難題,同時也限制科學家們探討其未被發現的潛在價值。

曾銘綸指出,超穎透鏡是一種特製設計的超穎介面,由半導體材料氧化鋅薄膜加工製作而成,其聚焦與成像與一般厚重的玻璃透鏡類似,具有更新穎的功能與應用。

團隊發現,在可見光雷射的照射下,氧化鋅可將入射的可見光雷射,轉換成真空紫外光,此現象稱做二次諧波效應,是非線性光學中經常使用的一種關鍵技術。

另外,研究也發現,要達到期望的雙重功能,超穎透鏡的奈米天線需要有良好的光學共振與適當的材料,連形狀也需符合某些條件,才能使超穎透鏡同時產生與聚焦真空紫外光。

在搭配奈米光學、非線性光學及量子力學中幾何相位的理論後,團隊決定採用氧化鋅奈米三角天線組成超穎透鏡,以電子束微影及聚焦離子束雕刻等技術製作數個超穎透鏡,並於美國萊斯大學的量測實驗中,成功觀察到超穎透鏡將可見光雷射轉換成真空紫外光,並聚焦於空間中。

此超穎透鏡產生的聚焦光點僅約為兩個微米,在聚焦點的真空紫外光的單位面積強度,有21倍的顯著增強,未來可整合於現有光學系統,並應用於先進光譜研究。

展望未來,團隊盼藉超穎介面輕薄短小、功能多樣性、開發自由度的特性,實現更多紫外光超穎介面。另外,得益於台灣半導體產業居世界領導地位,看好由半導體奈米結構組成的超穎介面,未來量產與商業化潛力。

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