奈米天線陣列邁入光學波長
- 上線日期：2013/2/8 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
美國麻省理工學院(MIT)的研究人員在矽晶片上製作出第一個大型光學天線陣列。此結構能準確地產生預先設定的光學圖案，可望應用於許多新興領域，包含3D全像顯示器以及先進醫學造影。
長久以來，天線都是使用在無線電波與電視波的傳輸上，不過最近科學家們開始將此概念延伸至光學波段。天線的運作依靠電荷在其結構中振盪，因此天線的大小必須符合電磁輻射共振模態下的波長，換言之，要使天線在光學波段下工作，其大小必須縮至奈米尺寸。另一方面，連接數個天線形成陣列來發射同一波源的概念已行之多年，此處天線必須調整至相位相同以加強發射出的電磁波；此技術也應用在天文觀測中，美國新墨西哥州的無線電波天文望遠鏡VLA即為一例。
最近，MIT的Michael Watts等人將此概念推廣至紅外光學波段，並成功地在約0.5×0.5 mm的單一矽晶片上，製作出由64×64個相位對齊的天線構成的光學積體陣列，其中每個天線僅佔9×9 μm的面積。天線是由高折射率對比的介電質光柵所構成，以傳統300 mm的CMOS設備來製作，但採用了最先進的製程工具如浸潤式顯影製程。所有的天線在相同功率下運作，當相位對齊時可產生複雜的光學圖案，研究人員亦能精準控制陣列的發光方向。
此陣列的應用範圍包含光達(LIDAR)、干涉儀以及生物組織造影，後者使用了「調適光學」(adaptive optics)技術，即自動調整光波相位來補償因周圍介質造成的失真扭曲，此技術要求精準控制光束的相位，同時需具備高畫素，而這正是此新穎光學陣列所擁有的優點。Watts表示此元件有可能立刻應用在血管內手術，可用來操縱光束並拍攝血管壁。不過，他認為此陣列最有趣之處在於3D全像術的應用，因為此陣列可調控單一天線單元的發光相位及振幅，並且能控制此奈米光電發射器的單點激發。
該團隊下一步計畫將此光學陣列的操作波長縮短至可見光波段。要達成此目標，他們必須要縮小像素尺寸並且尋求其他材料來取代會吸收可見光的矽晶圓。詳見Nature｜doi:10.1038/nature11727。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/51992
譯者:莫偉呈(茂迪太陽能)
責任編輯:劉家銘
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