城大新型超构透镜，革新现有真空紫外光光学技术！

香港城市大学（城大）共同领导的研究团队，成功研发出新型真空紫外光超构透镜，能够产生及聚焦真空紫外光，这项新技术将变革真空紫外光光学市场。

真空紫外光常应用于半导体制作、光化学及材料科学等领域，而聚焦真空紫外光光源亦广泛应用于微纳光刻、材料处理、先进制作及其他高端工业领域。

不过，要使用真空紫外光的成本颇高。由于波长100至200纳米（nm）的真空紫外光很容易被空气中的氧气吸收，因此须在真空腔室或其他特别场所才可应用。一直以来，只有用上特别非线性晶体的昂贵大型系统，才能生产及聚焦真空紫外光光束。

应用真空紫外光的限制与挑战

此外，由于现时用作光学透镜的各类玻璃会大量吸收真空紫外光，因此都不能用来制作真空紫外光的透镜。目前可用的少数材料均脆弱易碎，使制造及设计轻薄透镜有诸多限制。

针对上述局限，城大电机工程学系讲座教授蔡定平教授及研究助理教授陈沐谷博士，成功研发由150纳米长的三角形氧化锌纳米天线阵列组合而成的真空紫外光超构透镜。

蔡教授说：“我们用氧化锌薄片制成的超构透镜具有精心设计并排列的纳米结构，能够聚焦真空紫外光，提供一个便利的方法去同时产生非线性真空紫外光并将其聚焦。”他是学术期刊《科学进展》近期刊载的论文〈真空紫外光非线性超构透镜〉（“Vacuum ultraviolet nonlinear metalens”）的通讯作者之一。

新型真空紫外光超构透镜直径45微米（µm），可将波长394纳米的紫外光转化为波长197纳米的真空紫外光，并将转化后的真空紫外光聚焦于只有直径小于两微米的小点上。根据美国莱斯大学所作的测试，聚焦光点的功率密度增强了21倍。

变革紫外光光学市场的突破性技术

蔡教授说：“我们研发的真空紫外光超构透镜轻巧、高效能，且可通过半导体电子制造过程大量生产。这项新颖独特、突破性的超构透镜，将革新原来的真空紫外光光学技术及相关市场。”

新型超构透镜可大幅精简真空紫外光系统的设计，并推动更多先进应用。此外，这项新技术将有助开发低损耗真空紫外光部件，令真空紫外光的应用更普及。

这项研究计划得到香港特区政府辖下大学教育资助委员会研究资助局“卓越学科领域计划”拨款资助，蔡教授是该资助计划中“超构光学、超构声学和超构元件”项目的统筹人。

上述论文的共同作者包括美国莱斯大学Naomi Halas教授、Peter Nordlander教授、Michael Semmlinger博士、张铭博士、Catherine Arndt博士、Benjamin Cerjan博士及杨坚博士；台湾国立阳明交通大学曾铭纶博士；台湾中央研究院黄子庭及朱正弘博士；国立台湾大学郭信佑博士；以及台湾国立联合大学苏文生博士。

DOI number: 10.1126/sciadv.abn5644

本文于 “香港城大研创” 微信公众号发布。
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