2019有庠創新論壇-科技系列講座:21世紀是以光子為基礎的時代,超穎物質讓隱形斗蓬不是夢

作者 | 發布日期 2019 年 10 月 14 日 14:13 | 分類 尖端科技 , 材料 , 科技史 follow us in feedly


為鼓勵青年學子勇於投入科技創新,由徐有庠先生紀念基金會主辦的「2019 有庠創新論壇-科技系列講座」首場於10月2日在亞東技術學院登場,邀請到第16 屆有庠科技獎-光電科技類得主蔡定平教授分享研究領域的寶貴經驗。

現任於中研院的蔡定平除了是台大應用物理研究所名譽特聘教授,同時也是國際光電工程學會(SPIE)、美國物理學會(APS)、國際電子電機工程學會(IEEE)等知名國際研究組織的成員,可以說是台灣光電物理、奈米光學領域的尖端人才。

其中新興「超穎物質」(Metamaterial)的光學研究是蔡教授特別關注的領域,為了讓學子更了解光電領域的最新進展,蔡教授也特別以「超穎光學」為題,暢談自己在超穎物質上的研究及對未來光學產業發展看法。

光電產業在台灣

長久以來,不論是科學、文明或藝術上,光都佔有相當重要的地位,對於現代醫療、通信、經濟、環境和社會發展具有重大影響,光纖、5G、身體指數檢測、太空探測都是應用的一環,如何使用以光為主的科技是重要事情,對台灣發展來說尤其如此。

蔡教授指出,2018 年全球以光子為基礎的光電產業總值約為 6,520 億美元,其中台灣就佔了近5% 的份量,「全球人口有近 70 億人,台灣只有 2,300 萬人,可以說台灣在光學基礎產業上扮演非常重要的角色。」

在光電產業的最新發展中,超穎物質是蔡教授特別關注的領域,前幾年受到關注的真實「隱形斗篷」便是應用的其中之一,透過奈米天線的不同設計,科學家能夠讓光轉彎,控制光達到你想要的效果。

在控制光路線的前提下,包含過去難以想像的負折射物質、具有電磁場震盪與放大效應的環形線圈結構、能響應波段改變的U 型結構都是正在研究的一環,在這些基礎結構進步下,可以想見超穎材料未來可能為光電產業帶來的改變。

具發展潛力的超穎透鏡

從過去幾年台灣光學產業的發展來看,成長最快的是手機鏡頭,其產值也明顯比其他產業高出許多,光是 2018 年產值便高達台幣 1,068 億元,而這也是奈米天線的潛在應用商機。

蔡教授指出,過去相機鏡頭之所以昂貴,是因為單一鏡頭內就包含了多種透鏡及補償片,同時因為鏡片大、焦深短,使用者必須扛著笨重的鏡頭並費時進行調整,而超穎透鏡正可以解決這些問題。

透過使用奈米天線控制光的路徑,省下許多元件的超穎透鏡將具有輕薄、可植入特性,同時透過標準半導體製程便能輕鬆打造,價格不會過於昂貴,製造上也能非常有效率。

以目前來說,加州理工學院已經製成黑白的超穎透鏡,而蔡教授領導的團隊則是更進一步打造出彩色超穎透鏡,相關論文都已刊載於《自然》(Nature)期刊。

同樣打造出彩色超穎透鏡的還有哈佛大學,但相較台灣團隊可在日光下使用的透鏡,哈佛大學的產品必須用雷射光,並且色澤偏綠,但在外媒的宣傳下,已經有許多知名公司前往接洽,並與該教授簽下近 100 萬美元的合約。

蔡定平笑著說,在哈佛合作新聞出現後,許多光學產業高層都跑來找他訴苦,擔心光學工程師會因此失業,但在他看來其實大家並不需要如此擔心,因為超穎透鏡的出現並不是為擠壓現有產品。

就像 iPhone 一樣,即使價格貴但仍有許多人搶著掏錢購買,就單純只是因為它就是比其他商品更好,「超穎透鏡的重點並不是『取代』,而是發展現有光學工程做不到的。」

光子的世代

19 世紀量子力學出來後,人類成功在電子研究上有所突破,相關技術發展使過去一百年突飛猛進,帶來20 世紀我們所見的便利生活。在科學家看來,就像電子帶來的改變革新,21 世紀將是以光子為基礎的時代。

1956 年,台糖向剛在台灣設立分公司的 IBM 購買了全台第一台電腦,當時很多人根本連「電腦」都沒聽過,主機還是以牛車載進糖廠的,但時至現在,台灣已經成長為平板、iPhone 的主要製造地。

最後,蔡教授表示:「不要不相信,進步的速度是非常神速的,只要務實的創造一些新契機,我相信 20 年後,我們還可以成就很多了不起的事。」