微納光學結構及產業化路徑研究

程顯東

（吉林省教育考試院 吉林 長春 130033）

1 微納光學結構的理論框架

微納光學結構是通過引入微納光學技術實現多種光學器材不斷完善和優化的重要技術類型。眾所周知，光子晶體需要依據三維微結構支持其演化規律，其運行周期本身小于波長量值，并產生了光子禁帶，因此存在局部缺陷，可以控制光的分束與傳播。但在實際應用中，光子本身的晶體三維周期性結構也存在制造局限性，必須通過光柵調整一維空間或二維視角才能達到預期的應用效果。此時并不需要復雜的光子晶體學理論作為支撐，反而是光柵理論對于衍射行為的解釋更為契合應用條件。那么光柵作為傳統光學器材的主要核心應用原理，其制造與加工環節中必須酌情考量微納光學結構，才能突破生產制造的技術障礙。在此過程中，傳統鍍膜技術在垂直方向上限制了光子晶體一維結構的演化機制。光學器材表面存在隱身結構，人工資負折射率材料或例子體光學理論的引入，對于支持微納光學結構控制光的傳播與衍射都具有重要的應用價值，也是實現光學器材原件本質性能的主要路徑。因此，微納光學結構的理論框架支持了光學器材領域的發展，但是也形成了關鍵技術的應用問題，對于新興光電產業而言是最為關鍵的技術性突破口。

2 微納光學技術的產業化路徑解析

2.1 鐳射包裝的行業拓展路徑

事微納光學技術應用于包裝領域，可以將產品設計的防偽性能提升到光學考察級別，針對微納光學技術的進一步開發，能夠催促該技術向產業融合方向逐步升級。尤其在消費升級的整體環境下，創設商品包裝效果的不同視角，也是提供設計維度的全新方式。基于鐳射包裝本身對于微納光學技術的需求，其產業化方向已經尤為突出。而且用激光全息、光刻工藝本身也可以增強微納光學技術的產業融合效果，并最終支持精細化加工和亞微米級的極端加工制造業發展。因此，應用微納光學技術設計商品包裝模式的產業化路徑，在結合了微納光學技術之后，可以提供增亮擴散特性的包裝效果，并提供全息圖像的多維光感效果，支持光變色圖案的合并應用，對于提高商品鐳射包裝的視覺效果具有重要意義，能夠支持其產業發展與不斷優化。。

2.2 公共安全防偽產業開發維度

激發新型光柵技術的變革是微納光學技術所產生的主推力，尤其大規模集成電路的工藝技術逐步完善，對于光柵基本光學器材的發展也具有重要意義。傳統的表面光柵刻畫效果并無法達到真正的公共防偽需求，而微納光學技術則可以通過機械刻畫光柵的基本原理，增強光柵厚度，從而具備更為穩定的溫度保持性。那么在實際應用中，將其作為輔助性防偽標準，則有助于提供公共安全防偽效果。據悉未來5年內，新增駕駛證和行駛證將以每年1800萬本的速度急速上升，而駕駛證和行駛證防偽材料市場也將保持每年10%以上的增長速率。因此，將微納光學技術應用于此類防偽行業中本身具備了較強的技術支撐力與市場消耗力，可以維系微納光學技術在此產業中的可持續發展。

2.3 促進能源利用率的發展趨勢

利用微納光學器件，能夠支持“節能減排”的應用效果。諸如光學表面本身具備的反射特征，能夠為太陽能利用率創造有效環境，而半導體激光器的出光效率也會隨之增加，進而為降低光能損耗提供優勢。微納光學技術在此方面的貢獻將支持產業化發展的全新格局，同時對微納米結構的波導效應產生了全新的產業化推動。能夠為太陽能接受器件的應用效果創造可行性較高的技術支持。進而在能源利用方面達到預期的產業化升級與發展，主推光柵模式方法并從物理過程中提升光能利用率，為光學能源利用率及其產業化路徑革新創造便利條件。同時高端光學場合的應用傾向也是能源發展的主要路徑，而微納光學技術此前在人民幣等高端光學防偽的應用效果已經相當突出，微納光學結構的色彩控制能力，以及批量生產的技術創造力，同樣也是降低能源消耗的輔助力量。能夠通過微納光學技術的應用降低傳統油墨印刷的能源消耗，真正達到預期的節能減排環保效益。

2.4 光學元器件的產業化發展

微納光學技術對于新興光電子產業的輔助性支持已經尤為突出，而作為光學元器件的技術指導力也被多方研究證實。微納光學技術本身是光學領域的前沿方向，在諸多國際頂級學術研究領域對于微納光學技術的光學器件發展具有高度評價。諸如負折射率材料、等離子體光學器件等，均需要以納米尺度的技術進行制造，其中尤為關注反應離子刻蝕設備、聚焦電子束設備、以及光刻工藝等相關光學儀器設備的發展。因此借助納米制造產業的逐步發展，也能夠為光學元器件的產業化發展提供助推力，并激發光學元器件融入新型微納光學技術的可能性。諸如偏振分光器件便是以微納光學技術為核心的功能升級。因此，微納光學器件在光顯示、光存儲、光通信等產業領域中的發展前景依然較高，是微納光學技術的產業化路徑的重要方向。

3 結語

綜上所述，微納光學技術的發展對鐳射包裝、公共安全防偽、能源利用率、以及光學元器件等眾多產業的優化具有重要的應用價值。在實際應用過程中仍然需要針對微納光學技術不斷優化，進而激發其與多種行業相互融合的最佳效果，才能真正支持由微納光學技術向多元產業結構滲透的最終目標，形成微納光學技術的多維產業化路徑。

[1]李惠琴,陳曉勇,王成,穆繼亮,許卓,楊杰,丑修建,薛晨陽,劉俊.原子層沉積技術在微納器件中的應用研究進展[J].表面技術,2015,44(02):60-67.

[2]謝常青,朱效立,牛潔斌,李海亮,劉明,陳寶欽,胡媛,史麗娜.微納金屬光學結構制備技術及應用[J].光學學報,2011,31(09):251-258.