新型超構透鏡革新現有真空紫外光光學技術

 

香港城市大學（城大）共同領導的研究團隊，成功研發出新型真空紫外光超構透鏡，能夠產生及聚焦真空紫外光，這項新技術將變革真空紫外光光學市場。

真空紫外光常應用於半導體製作、光化學及材料科學等領域，而聚焦真空紫外光光源亦廣泛應用於微納光刻、材料處理、先進製作及其他高端工業領域。

不過，要使用真空紫外光的成本頗高。由於波長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所才可應用。一直以來，只有用上特別非線性晶體的昂貴大型系統，才能生產及聚焦真空紫外光光束。

此外，由於現時用作光學透鏡的各類玻璃會大量吸收真空紫外光，因此都不能用來製作真空紫外光的透鏡。目前可用的少數材料均脆弱易碎，使製造及設計輕薄透鏡有諸多限制。

電機工程學系講座教授蔡定平教授及研究助理教授陳沐谷博士，成功研發由150納米長的三角形氧化鋅納米天線陣列組合成的真空紫外光超構透鏡。

蔡教授說：「我們用氧化鋅薄片製成的超構透鏡具有精心設計並排列的納米結構，能夠轉化並聚焦真空紫外光，提供一個便利的方法同時產生非線性真空紫外光並將其聚焦。」他是學術期刊《科學進展》近期刊載論文「真空紫外光非線性超構透鏡」的通訊作者之一。

新型真空紫外光超構透鏡直徑45微米，可將波長394納米的紫外光轉化為波長197納米的真空紫外光，並將轉化後的真空紫外光聚焦於直徑小於200萬分之1米的小點上。根據美國萊斯大學所作的測試，聚焦光點的功率密度增強了21倍。

蔡教授說：「我們研發的真空紫外光超構透鏡輕巧、高效能，且可通過半導體電子製造過程大量生產。這項新穎獨特的超構透鏡將革新原來的真空紫外光光學技術及相關市場。」

新型超構透鏡可大幅精簡真空紫外光系統的設計，並推動更多先進應用。此外，這項新技術將有助開發低損耗真空紫外光部件，令真空紫外光的應用更普及。

這項研究計劃得到香港特區政府轄下大學教育資助委員會/研究資助局「卓越學科領域計劃」撥款資助，蔡教授是該資助計劃中「超構光學、超構聲學和超構元件」項目的統籌人。

上述論文的共同作者包括美國萊斯大學Naomi Halas教授、Peter Nordlander教授、Michael Semmlinger博士、張銘博士、Catherine Arndt、Benjamin Cerjan博士及楊堅博士；台灣國立陽明交通大學曾銘綸博士；台灣中央研究院黃子庭及朱正弘博士；國立台灣大學郭信佑博士；以及台灣國立聯合大學蘇文生博士。