“光子摺紙”技術可在芯片上摺疊玻璃

科技日報記者 張佳欣

據最新一期《光學》雜誌報道，以色列特拉維夫大學研究人員開發出一種技術，可以直接在芯片上將玻璃片摺疊成微觀三維結構，他們稱之為“光子摺紙”。這一技術有望製造出微小而複雜的光學器件，用於數據處理、傳感和實驗物理研究。

現有的3D打印機制成的三維結構比較粗糙，光學性能不足，無法滿足高性能需求。此次，團隊受到松果鱗片向外彎曲以釋放種子的啓發，利用激光誘導的方式，觸發超薄玻璃片精確彎曲，從而製備出高透明度、超光滑的三維微型光子器件。

新技術可以製作出長3毫米、厚僅0.5微米（約為人類髮絲直徑的1/200）的結構，創下三維結構長度與厚度比的新紀錄。他們還製作出了螺旋形、凹面和凸面鏡，這些鏡面的光滑度優於1納米，使得光線在其表面反射時不會失真。

就像大型3D打印機可以製造幾乎任何家居用品一樣，“光子摺紙”技術也能製造各種微型光學器件。例如，它可以製造微型變焦鏡頭，從而取代大多數智能手機上配置的5個獨立攝像頭；也可以製造利用光而非電的微光子元件，推動傳統電子計算機向更快、更高效的光學替代方案轉變。

團隊在硅芯片上沉積超薄二氧化硅玻璃片，通過刻蝕留出支撐區域，再利用二氧化碳激光脈衝在毫秒級時間內完成摺疊，速度可達每秒2米，加速度超過2000米/秒2。進一步實驗表明，該方法可將厚度10微米的玻璃片摺疊成90度直角、螺旋等多種形狀，精度可控至0.1微弧度。

團隊進一步製作了一種極輕的三維“桌子”結構，並在底部集成凹面腔鏡。玻璃片厚度僅5微米左右，像摺紙玩具桌子一樣被摺疊成型。這類超輕、緊湊的結構原則上可通過光學方式懸浮，用於探索牛頓引力在極小尺度上的偏差，從而為解決暗物質等天文難題提供新線索。

這一新技術將二氧化硅光子學帶入了三維世界，為開發高性能集成光學器件開闢了全新可能。