【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】微納光柵是一種可以對(duì)入射光場(chǎng)的振幅、波長(zhǎng)、位相和偏振進(jìn)行調(diào)制的微納光學(xué)結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度遠(yuǎn)低于超表面，在傳感器、光通信、極弱光成像和光學(xué)偏振等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，傳統(tǒng)光刻制造方法因其高昂的制造成本和復(fù)雜的工藝要求限制了微納光柵大規(guī)模的生產(chǎn)及應(yīng)用。針對(duì)傳統(tǒng)制造方法中成本高、工藝復(fù)雜等問(wèn)題，康果果、王嶺雪科研團(tuán)隊(duì)基于全息光刻的新型無(wú)掩模工藝取得重要進(jìn)展，成功研制出低成本、高性能的金屬納米光柵，并在可穿戴傳感、短波紅外偏振成像進(jìn)行了驗(yàn)證，相關(guān)論文陸續(xù)發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces和Optics and Laser Technology國(guó)際頂級(jí)期刊。
 

圖1.傳感器貼附在人體皮膚上進(jìn)行測(cè)試
 

　　可穿戴折射率傳感器(ACS AMI 2025)：傳統(tǒng)等離子體傳感器多基于剛性基板如硅、玻璃，難以與人體曲面貼合，限制了其在可穿戴設(shè)備中的應(yīng)用。通過(guò)激光干涉光刻技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)在PET基板上制備了高均勻性的銀光柵，工藝簡(jiǎn)單、成本低，且能夠大規(guī)模生產(chǎn)。此外，成功將共振線寬壓縮至6.9 nm，提升了其靈敏度和性能因子。該傳感器在穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出色，即使在上百次彎曲、拉伸和液體浸泡等條件下，線寬變化小于3.6 nm，靈敏度波動(dòng)小于1.3%。結(jié)合便攜光纖光譜儀，開(kāi)發(fā)的便攜式檢測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)響應(yīng)、無(wú)需實(shí)驗(yàn)室環(huán)境即可實(shí)時(shí)檢測(cè)。結(jié)合微流控技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)多種溶液的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為連續(xù)環(huán)境監(jiān)測(cè)奠定基礎(chǔ)。該創(chuàng)新設(shè)計(jì)為可穿戴傳感器技術(shù)帶來(lái)了重要進(jìn)展，具備廣泛的應(yīng)用潛力，特別是在醫(yī)療健康、環(huán)境監(jiān)測(cè)和智能交互等領(lǐng)域，未來(lái)有望與智能手機(jī)等消費(fèi)級(jí)設(shè)備結(jié)合，推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室級(jí)精度向消費(fèi)級(jí)設(shè)備轉(zhuǎn)化(圖1)。
 

圖2 .金屬線柵偏振片的測(cè)試結(jié)果與實(shí)物圖
 

　　短波紅外金屬線柵偏振片(OLT 2025)：金屬線柵是一種非共振型光柵，它的消光比主要和光柵的周期成反比和金屬層的高度成正比。傳統(tǒng)金屬線柵主要由電子束光刻和離子束刻蝕的方法制作而來(lái)，這種方法不僅制作工藝復(fù)雜、成本高而且無(wú)法制作較高的光柵層而難以實(shí)現(xiàn)較高的消光比。為解決這一問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)研究了免刻蝕的工藝方法，采用全息光刻與傾斜蒸鍍金屬薄膜兩個(gè)步驟制作了金屬線柵偏振片，不僅降低了紅外金屬線柵偏振片的制作難度和制作成本，而且實(shí)現(xiàn)了較高的金屬柵層，大幅提升了消光比。最終制作的金屬線柵偏振片在1 2.5 μm的平均消光比達(dá)到40 dB(TTM:TTE=10000:1)(圖2)。
 

　　該系列研究成果為微納光柵的規(guī)模化生產(chǎn)與應(yīng)用提供了新的解決方案。通過(guò)降低制作成本并簡(jiǎn)化工藝，不僅打破了微納光柵“高性能”與“低成本”難以兼得的難題，更推動(dòng)了柔性光子器件與紅外光學(xué)元件領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，特別是在醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)和紅外偏振等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。
 

　　主要作者信息：
 

　　劉興偉，北京理工大學(xué)光電學(xué)院2022級(jí)博士研究生，主要研究方向?yàn)槲⒓{光學(xué)器件的設(shè)計(jì)與加工，在Optics and Laser Technology等頂級(jí)期刊上發(fā)表論文2篇。
 

　　柴晉淵，北京理工大學(xué)光電學(xué)院2022級(jí)碩士研究生，主要研究方向?yàn)槿嵝怨庾觽鞲衅鳌Ｔ贏CS Applied Materials & Interfaces等頂級(jí)期刊發(fā)表論文2篇。
 

　　康果果，工學(xué)博士，副教授，博士生導(dǎo)師。從事微納光學(xué)、全息光刻、全息測(cè)量相關(guān)的教學(xué)和科研工作，主要研究方向包括功能性微納光學(xué)器件的設(shè)計(jì)、制作及應(yīng)用、全息光刻、復(fù)雜曲面光學(xué)測(cè)量。主持包括國(guó)家自然科學(xué)基金面上、青年在內(nèi)的科研項(xiàng)目30余項(xiàng)。在包括《Applied Physics Letters》《Optics Letters》《ACS Applied Materials & Interfaces》在內(nèi)的國(guó)際知名期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文80余篇，多次受邀在國(guó)際、國(guó)內(nèi)會(huì)議上作特邀報(bào)告。
 

　　王嶺雪，工學(xué)博士，副教授，碩士生導(dǎo)師。從事光電成像器件、圖像處理相關(guān)的教學(xué)和科研工作，主要研究方向包括極弱光探測(cè)成像器件、光電成像系統(tǒng)總體、光電圖像處理。主持國(guó)家自然科學(xué)基金、教育部博士點(diǎn)基金新教師項(xiàng)目等科研課題，曾獲省部級(jí)科技一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、省部級(jí)科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)2項(xiàng)等，在ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, Pattern Recognition, Carbon, Advanced Optical Materials, Neurocomputing, Optics Express等期刊發(fā)表論文，共發(fā)表SCI、EI和核心期刊論文近百篇，申請(qǐng)和授權(quán)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利20余項(xiàng)。入選教育部課程思政示范課程及教學(xué)名師與教學(xué)團(tuán)隊(duì)、工信部工程碩博士特色優(yōu)質(zhì)課程。