據(jù)最新一期《光學(xué)》雜志報(bào)道，以色列特拉維夫大學(xué)研究人員開發(fā)出一種技術(shù)，可以直接在芯片上將玻璃片折疊成微觀三維結(jié)構(gòu)，他們稱之為“光子折紙”。這一技術(shù)有望制造出微小而復(fù)雜的光學(xué)器件，用于數(shù)據(jù)處理、傳感和實(shí)驗(yàn)物理研究。

現(xiàn)有的3D打印機(jī)制成的三維結(jié)構(gòu)比較粗糙，光學(xué)性能不足，無法滿足高性能需求。此次，團(tuán)隊(duì)受到松果鱗片向外彎曲以釋放種子的啟發(fā)，利用激光誘導(dǎo)的方式，觸發(fā)超薄玻璃片精確彎曲，從而制備出高透明度、超光滑的三維微型光子器件。

圖片:390123_59bc3ab.png

團(tuán)隊(duì)利用新技術(shù)折疊玻璃棒（a），制作光學(xué)諧振器（b）以實(shí)現(xiàn)螺旋彎曲（c），還能制作帶有拋物面反射器的“桌子”（下排中間）。

新技術(shù)可以制作出長(zhǎng)3毫米、厚僅0.5微米（約為人類發(fā)絲直徑的1/200）的結(jié)構(gòu)，創(chuàng)下三維結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度與厚度比的新紀(jì)錄。他們還制作出了螺旋形、凹面和凸面鏡，這些鏡面的光滑度優(yōu)于1納米，使得光線在其表面反射時(shí)不會(huì)失真。

就像大型3D打印機(jī)可以制造幾乎任何家居用品一樣，“光子折紙”技術(shù)也能制造各種微型光學(xué)器件。例如，它可以制造微型變焦鏡頭，從而取代大多數(shù)智能手機(jī)上配置的5個(gè)獨(dú)立攝像頭；也可以制造利用光而非電的微光子元件，推動(dòng)傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)向更快、更高效的光學(xué)替代方案轉(zhuǎn)變。

團(tuán)隊(duì)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(qū)域，再利用二氧化碳激光脈沖在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)完成折疊，速度可達(dá)每秒2米，加速度超過2000米/秒2。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明，該方法可將厚度10微米的玻璃片折疊成90度直角、螺旋等多種形狀，精度可控至0.1微弧度。

團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步制作了一種極輕的三維“桌子”結(jié)構(gòu)，并在底部集成凹面腔鏡。玻璃片厚度僅5微米左右，像折紙玩具桌子一樣被折疊成型。這類超輕、緊湊的結(jié)構(gòu)原則上可通過光學(xué)方式懸浮，用于探索牛頓引力在極小尺度上的偏差，從而為解決暗物質(zhì)等天文難題提供新線索。

這一新技術(shù)將二氧化硅光子學(xué)帶入了三維世界，為開發(fā)高性能集成光學(xué)器件開辟了全新可能。