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未來手機與鏡頭能變薄 成大研發新材料厚度僅千分之一

本文共1116字

聯合報 記者修瑞瑩/台南即時報導

「未來不只手機可以越做越薄,手機鏡頭也能一起變薄」,成大光電系助理教授吳品頡與研究團隊使用特殊人造材料「超穎介面」,設計超薄平面透鏡,僅用普通透鏡的千分之一厚度就達到聚焦效果,提升傳統導電金屬奈米材料的應用價值,成果最近發表在於光學領域之指標性期刊《Laser & Photonics Reviews》。

吳品頡表示,「奈米光學」意即研究光在奈米尺度下的特性,透過改變奈米結構達到對光的操控,在奈米光學發展下的「超穎介面」(Metasurfaces)是一種人造材料,不同於自然界中存在的原子或分子,這類人造材料需要透過半導體製程產製,因此原子與原子之間的交互作用與整體結構能被人為控制,進一步達到一般自然界材料無法做到的光學特性,符合人類對於新興科技的期待。

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他表示,近20年奈米光學的發展下,科學家們紛紛投入研發奈米級的人造元件 — 「奈米超穎介面元件」,期待能將光電元件微型化,並企圖將生活中常見的「透鏡」產品越做越小、越做越薄。

吳品頡團隊為了研發更薄的透鏡,不選擇聚焦效能較高但製程繁瑣的半導體或絕緣體超穎透鏡,而是著眼於金屬導電粒子的優點,克服金屬導電粒子原本聚焦效率不足的問題,混合兩種不同特徵的人造原子,並找到新的物理模型,研發出高效能超薄透鏡,以更簡易的製程、更單純的材料,提高光學效能。

吳品頡說,一般常見的聚焦透鏡厚度在微米至毫米等級,但他們利用「混合式超穎原子」打造的金屬式透鏡厚度僅有350奈米。「假設一般智慧型手機鏡頭內含8至15片透鏡,只要將其中1片透鏡換成我們研發的透鏡,厚度就能減少近千倍。」這項成果將對先進光電元件與系統的開發與微型化有極大幫助。未來不只手機鏡頭,相機、AR/VR眼鏡等設備,都將有機會變得更輕薄。

在另一項工作中,吳品頡將擅長的奈米光學元件設計、開發與整合技術,結合成大電機系副教授林家祥的獨創智慧運算技術「基因型態樹狀搜尋法」(Genetic-Type Tree Optimization, GTTS),合作產出性能極佳的超穎介面元件。2021年兩人合作成果發表於應用物理領域指標性期刊《Nano Letters》。

吳品頡表示,透過跨領域結合智慧運算法與開發研究平台,有助於人臉辨識系統、無人機、自駕車與掃地機器人等更精密的技術突破,實現未來更多可能。

相較大部分學者使用「拓撲最佳化」(一種廣泛運用於數學、材料、物理領域的研究方法或定義)設計不規則形狀的奈米級光學元件,卻僅適用於被動元件;吳品頡與林家祥的合作賦予掃描式儀器中的「光束偏轉器」更精密的偏轉角度,可達到更準確的空間解析度與敏感度,更能被應用到被動與主動元件,擴大應用範圍,提供未來開發光學雷達(Lidar)的從業者嶄新思路。

成大光電系助理教授吳品頡與研究團隊使用特殊人造材料「超穎介面」,設計超薄平面透鏡...
成大光電系助理教授吳品頡與研究團隊使用特殊人造材料「超穎介面」,設計超薄平面透鏡,僅用普通透鏡的千分之一厚度就達到聚焦效果。圖/成大提供
成大光電系助理教授吳品頡與研究團隊使用特殊人造材料「超穎介面」,設計超薄平面透鏡...
成大光電系助理教授吳品頡與研究團隊使用特殊人造材料「超穎介面」,設計超薄平面透鏡,僅用普通透鏡的千分之一厚度就達到聚焦效果。圖/成大提供

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