微型相机镜头大突破！清大发表全球最薄透镜 比纸薄可撕贴
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▲清华大学光电所助理教授刘昌桦研发出世界上最薄的介电质超平面透镜。（图／国立清
华大学提供，下同）
ETtoday 2019年01月24日 10:35 记者陈凯力／新竹报导
微型相机镜头大突破！清华大学光电所助理教授刘昌桦与美国华盛顿大学研究团队合作，
研发出不用玻璃折射成像，而是以数万个极微小的奈米柱排列为同心圆来改变光穿透速度
的超平面透镜，厚度比纸还薄、甚至还可像贴纸一样撕下转贴，未来可应用在相机、手机
及微创手术导管等镜头上。
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▲不同奈米柱排列方式做出的透镜成像效果也不同，A透镜成像效果最好。
这项全球最薄介电质超平面透镜的研究成果，不仅登上了国际顶尖期刊Nano Letters，许
多外国媒体都也争相报导，并以“超超薄的平面镜头”、“光学镜头从3D变2D”、“永别
了，立体玻璃镜头”标题来形容这项重大突破，也让清华大学的研究能量扬名国际。
传统透镜由厚厚的玻璃镜片构成，需要经过打磨、抛光等昂贵制作过程，厚度往往达数个
毫米。刘昌桦表示，近两、三年来奈米技术和奈米光学精进，开启了人工平面透镜“介电
质超平面透镜”的研究领域，采用半导体材料如二氧化硅来“长”成数万一样高度的微米
等级柱子，并排列成一圈圈同心圆的图案，来改变光穿透的速度，达到跟传统透镜一样好
的效果。但因为构成透镜的微细柱子高度至少得是直径的5倍以上，又高又细的柱子很容
易倒塌。
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▲新型超平面透镜采用半导体材料如二氧化硅来“长”成数万一样高度的微米等级柱子，
并排列成一圈圈同心圆的图案。
刘昌桦采用创新的光学设计方法，成功降低这些柱子的高度至奈米等级，柱高只要达直径
2倍即可。柱子变矮了，更方便制作、更稳固，制作出的透镜也更加轻薄。以此方式制作
出的镜头，直径只有头发的百分之一；厚度仅190奈米，比五万分之一公分还要薄，创下
世界上最薄介电质平面透镜的纪录。
刘昌桦目前在实验室使用电子束显微镜来制作超平面透镜，成功证明不同的奈米柱排列方
式，可取得清晰度不等的成像。但因上万个奈米柱都得用人工一个个排列出来，制作速度
较慢。刘昌桦表示，未来这套技术如获业界采用，用半导体制程的曝光机及光罩来制作透
镜，数秒就可完成。
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▲清华大学光电所助理教授刘昌桦研发出世界上最薄的介电质超平面透镜。
刘昌桦毕业于清华大学动机系，之后赴美于密西根大学电机系取得博士学位，并分别在西
北大学材料系和华盛顿大学物理系担任博士后研究员。在回到母校清华执教之前，他也接
到了国外知名大学的聘约，仍决定回台任教。他认为台湾的生活及研究环境，对年轻教授
仍有一定的吸引力，例如厉害的半导体产业，“当然，能与父母家人一起生活是最重要的
事。”