传统透镜需要经过玻璃的打磨、抛光等繁琐的制作过程才能制成，但未来镜头厚度可能比纸还要薄！台湾清华大学助理教授刘昌烨跟团队提出用“范德华材料”制造出超平面透镜，能像贴纸一样撕下来再贴在其他的基板上。未来如能量产预计能为半导体制程、精准医疗、手机等产业带来革新！

厉害了！台湾清华大学研发超薄平面镜头，扬名国际

微型相机镜头大突破！台湾清华大学光电所刘昌桦助理教授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纳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。

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《纳米通讯》（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，也让台湾清华大学的研究能扬名国际。

厉害了！台湾清华大学研发超薄平面镜头，扬名国际

传统透镜由厚厚的玻璃镜片构成，需要经过打磨、抛光等繁琐的制作过程，厚度往往达数个毫米。刘昌桦老师表示，近两、三年来纳米技术和纳米光学技术进步，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生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。

刘昌桦老师采用创新的光学设计方法，成功降低这些柱子的高度至纳米等级，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纳米，比五万分之一厘米还要薄，创下世界上最薄介电质平面透镜的记录。

厉害了！台湾清华大学研发超薄平面镜头，扬名国际

用“范德华力”成纳米柱材料

此外，刘昌桦老师研究团队也首度提出采用“范德华”(Van der Waals) 材料来制作纳米柱的构想。他解释，范德华材料的特性与我们平常使用铅笔中的石墨相似，都是由一层层的单原子层堆叠形成，层与层之间只靠微弱的范德华力连接，因此笔迹可轻易地被写在纸上、也可以轻易地被擦掉。

因此，研究团队采用六方氮化硼、二硫化钼等范德华材料制作纳米柱来形成超平面透镜，就能像贴纸一样撕下来再贴在其他的基板上，刘昌桦老师说明：“就像壁虎的脚能轻易地攀附并爬行在天花板上，也是因为范德华力。”

刘昌桦老师目前在实验室使用电子束显微镜来制作超平面透镜，成功证明不同的纳米柱排列方式，可取得清晰度不等的成像。但因上万个纳米柱都得用人工一个个排列出来，制作速度较慢。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。

厉害了！台湾清华大学研发超薄平面镜头，扬名国际

“意外”竟成为研究方向的重要灵感

光学镜头微型化的重大突破，竟由于一次不经意的错误。根据光学原理，透镜的纳米柱高度周期设计应为0到2π。刘昌桦老师笑说，在某一次实验中，纳米柱高度周期被误设为0到π，因透镜仍可有效聚光、成像，一开始他们还没发现出错，直到回头检视，才大惊“为何这样也行？”从而开启了新的研究方向。

未来透镜轻薄化，不只改变手机及相机镜头、放大镜、近视眼镜、太阳眼镜等，更可让由许多镜头组合而成的仪器微型化，如以目镜、物镜、反光镜组合而成的显微镜，未来甚至能打造钻进人体血管的微型医疗机器人，小小的光学元件改变，也可能带动医疗领域的重大革命。