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可見光無色差半導體平面透鏡

可見光無色差半導體平面透鏡

工學院綠色科技中心林瑞明教授

公元1818年菲爾發明菲爾透鏡又稱為階梯鏡爾透鏡在透鏡的一側有等距的齒紋,通過這些齒紋,可以對指定頻率範圍的光產生反射或折射作用,減輕透鏡重量及降低成本。

目前手機鏡頭為了完美成像無法減薄縮小成平面透鏡。20171月哈佛大學首次在金屬鏡面上用二氧化矽做隔離層,成長方形的氧化鈦的奈米柱Nano Letters發表波長490 - 550 nm無色差超穎(Achromatic Metalens)平面透鏡。

透過與中研院、南京大學及台灣大學的專業合作,長庚大學化合物半導體晶實驗室在藍寶石(Sapphire)基板上晶成長800nm氮化鎵(GaN)完成半導體平面透鏡的結構2018年在Nature Nanotechnology共同發表世界上第一顆可見光(400-660 nm)無色差超穎單晶半導體平面透鏡如圖一與圖二所示。本研究藉由奈米結構建構超穎介面(Metasurface)有效改變入射光源的特性,如相位,振幅與偏振等,進而達成操控光線之目的。相較於利用自然界存在的光學材料,超穎介面提供了更大的自由度,有助於發展多功能超薄光學裝置。本研究將氮化鎵材料成長於藍寶石基板上,以革命性觀念設計製作出具有「集成共振單元」的超穎表面結構,開發出寬頻且消色差之超穎透鏡,是國際上奈米光學領域重要的里程碑,對未來實現輕、薄、微小、精、的平面型光學元件有極大的幫助。

 

(a)

(b)

(c)

圖一.(a) 色差超穎透鏡的光學影像;

(b) 超穎透鏡中奈米柱與巴比涅結構交界處電子顯微鏡影像

(c) 超穎透鏡中奈米柱結構電子顯微鏡影像圖
(Nature Nanotechnology, 13, 227232, MARCH 2018)

圖二.可見光無色差半導體平面透鏡(波長400-660 nm)

(Nature Communications, 8, 187, AUGUST 2017)

 

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