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2019有庠创新论坛-科技系列讲座:21世纪是以光子为基础的时代,超颖物质让隐形

2019有庠创新论坛-科技系列讲座:21世纪是以光子为基础的时代,超颖物质让隐形

为鼓励青年学子勇于投入科技创新,由徐有庠先生纪念基金会主办的「2019 有庠创新论坛-科技系列讲座」首场于10月2日在亚东技术学院登场,邀请到第16 届有庠科技奖-光电科技类得主蔡定平教授分享研究领域的宝贵经验。

现任于中研院的蔡定平除了是台大应用物理研究所名誉特聘教授,同时也是国际光电工程学会(SPIE)、美国物理学会(APS)、国际电子电机工程学会(IEEE)等知名国际研究组织的成员,可以说是台湾光电物理、奈米光学领域的尖端人才。

其中新兴「超颖物质」(Metamaterial)的光学研究是蔡教授特别关注的领域,为了让学子更了解光电领域的最新进展,蔡教授也特别以「超颖光学」为题,畅谈自己在超颖物质上的研究及对未来光学产业发展看法。

光电产业在台湾

长久以来,不论是科学、文明或艺术上,光都佔有相当重要的地位,对于现代医疗、通信、经济、环境和社会发展具有重大影响,光纤、5G、身体指数检测、太空探测都是应用的一环,如何使用以光为主的科技是重要事情,对台湾发展来说尤其如此。

蔡教授指出,2018 年全球以光子为基础的光电产业总值约为 6,520 亿美元,其中台湾就佔了近5% 的份量,「全球人口有近 70 亿人,台湾只有 2,300 万人,可以说台湾在光学基础产业上扮演非常重要的角色。」

在光电产业的最新发展中,超颖物质是蔡教授特别关注的领域,前几年受到关注的真实「隐形斗篷」便是应用的其中之一,透过奈米天线的不同设计,科学家能够让光转弯,控制光达到你想要的效果。

在控制光路线的前提下,包含过去难以想像的负折射物质、具有电磁场震荡与放大效应的环形线圈结构、能响应波段改变的U 型结构都是正在研究的一环,在这些基础结构进步下,可以想见超颖材料未来可能为光电产业带来的改变。

具发展潜力的超颖透镜

从过去几年台湾光学产业的发展来看,成长最快的是手机镜头,其产值也明显比其他产业高出许多,光是 2018 年产值便高达台币 1,068 亿元,而这也是奈米天线的潜在应用商机。

蔡教授指出,过去相机镜头之所以昂贵,是因为单一镜头内就包含了多种透镜及补偿片,同时因为镜片大、焦深短,使用者必须扛着笨重的镜头并费时进行调整,而超颖透镜正可以解决这些问题。

透过使用奈米天线控制光的路径,省下许多元件的超颖透镜将具有轻薄、可植入特性,同时透过标準半导体製程便能轻鬆打造,价格不会过于昂贵,製造上也能非常有效率。

以目前来说,加州理工学院已经製成黑白的超颖透镜,而蔡教授领导的团队则是更进一步打造出彩色超颖透镜,相关论文都已刊载于《自然》(Nature)期刊。

2019有庠创新论坛-科技系列讲座:21世纪是以光子为基础的时代,超颖物质让隐形

同样打造出彩色超颖透镜的还有哈佛大学,但相较台湾团队可在日光下使用的透镜,哈佛大学的产品必须用雷射光,并且色泽偏绿,但在外媒的宣传下,已经有许多知名公司前往接洽,并与该教授签下近 100 万美元的合约。

蔡定平笑着说,在哈佛合作新闻出现后,许多光学产业高层都跑来找他诉苦,担心光学工程师会因此失业,但在他看来其实大家并不需要如此担心,因为超颖透镜的出现并不是为挤压现有产品。

就像 iPhone 一样,即使价格贵但仍有许多人抢着掏钱购买,就单纯只是因为它就是比其他商品更好,「超颖透镜的重点并不是『取代』,而是发展现有光学工程做不到的。」

光子的世代

19 世纪量子力学出来后,人类成功在电子研究上有所突破,相关技术发展使过去一百年突飞猛进,带来20 世纪我们所见的便利生活。在科学家看来,就像电子带来的改变革新,21 世纪将是以光子为基础的时代。

1956 年,台糖向刚在台湾设立分公司的 IBM 购买了全台第一台电脑,当时很多人根本连「电脑」都没听过,主机还是以牛车载进糖厂的,但时至现在,台湾已经成长为平板、iPhone 的主要製造地。

最后,蔡教授表示:「不要不相信,进步的速度是非常神速的,只要务实的创造一些新契机,我相信 20 年后,我们还可以成就很多了不起的事。」

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