“光子折纸”技术可在芯片上折叠玻璃

科技日报记者 张佳欣

据最新一期《光学》杂志报道，以色列特拉维夫大学研究人员开发出一种技术，可以直接在芯片上将玻璃片折叠成微观三维结构，他们称之为“光子折纸”。这一技术有望制造出微小而复杂的光学器件，用于数据处理、传感和实验物理研究。

现有的3D打印机制成的三维结构比较粗糙，光学性能不足，无法满足高性能需求。此次，团队受到松果鳞片向外弯曲以释放种子的启发，利用激光诱导的方式，触发超薄玻璃片精确弯曲，从而制备出高透明度、超光滑的三维微型光子器件。

新技术可以制作出长3毫米、厚仅0.5微米（约为人类发丝直径的1/200）的结构，创下三维结构长度与厚度比的新纪录。他们还制作出了螺旋形、凹面和凸面镜，这些镜面的光滑度优于1纳米，使得光线在其表面反射时不会失真。

就像大型3D打印机可以制造几乎任何家居用品一样，“光子折纸”技术也能制造各种微型光学器件。例如，它可以制造微型变焦镜头，从而取代大多数智能手机上配置的5个独立摄像头；也可以制造利用光而非电的微光子元件，推动传统电子计算机向更快、更高效的光学替代方案转变。

团队在硅芯片上沉积超薄二氧化硅玻璃片，通过刻蚀留出支撑区域，再利用二氧化碳激光脉冲在毫秒级时间内完成折叠，速度可达每秒2米，加速度超过2000米/秒2。进一步实验表明，该方法可将厚度10微米的玻璃片折叠成90度直角、螺旋等多种形状，精度可控至0.1微弧度。

团队进一步制作了一种极轻的三维“桌子”结构，并在底部集成凹面腔镜。玻璃片厚度仅5微米左右，像折纸玩具桌子一样被折叠成型。这类超轻、紧凑的结构原则上可通过光学方式悬浮，用于探索牛顿引力在极小尺度上的偏差，从而为解决暗物质等天文难题提供新线索。

这一新技术将二氧化硅光子学带入了三维世界，为开发高性能集成光学器件开辟了全新可能。