微納光學(xué)結(jié)構(gòu)及產(chǎn)業(yè)化路徑研究

程顯東

（吉林省教育考試院 吉林 長(zhǎng)春 130033）

1 微納光學(xué)結(jié)構(gòu)的理論框架

微納光學(xué)結(jié)構(gòu)是通過引入微納光學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)多種光學(xué)器材不斷完善和優(yōu)化的重要技術(shù)類型。眾所周知，光子晶體需要依據(jù)三維微結(jié)構(gòu)支持其演化規(guī)律，其運(yùn)行周期本身小于波長(zhǎng)量值，并產(chǎn)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(shí)際應(yīng)用中，光子本身的晶體三維周期性結(jié)構(gòu)也存在制造局限性，必須通過光柵調(diào)整一維空間或二維視角才能達(dá)到預(yù)期的應(yīng)用效果。此時(shí)并不需要復(fù)雜的光子晶體學(xué)理論作為支撐，反而是光柵理論對(duì)于衍射行為的解釋更為契合應(yīng)用條件。那么光柵作為傳統(tǒng)光學(xué)器材的主要核心應(yīng)用原理，其制造與加工環(huán)節(jié)中必須酌情考量微納光學(xué)結(jié)構(gòu)，才能突破生產(chǎn)制造的技術(shù)障礙。在此過程中，傳統(tǒng)鍍膜技術(shù)在垂直方向上限制了光子晶體一維結(jié)構(gòu)的演化機(jī)制。光學(xué)器材表面存在隱身結(jié)構(gòu)，人工資負(fù)折射率材料或例子體光學(xué)理論的引入，對(duì)于支持微納光學(xué)結(jié)構(gòu)控制光的傳播與衍射都具有重要的應(yīng)用價(jià)值，也是實(shí)現(xiàn)光學(xué)器材原件本質(zhì)性能的主要路徑。因此，微納光學(xué)結(jié)構(gòu)的理論框架支持了光學(xué)器材領(lǐng)域的發(fā)展，但是也形成了關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用問題，對(duì)于新興光電產(chǎn)業(yè)而言是最為關(guān)鍵的技術(shù)性突破口。

2 微納光學(xué)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化路徑解析

2.1 鐳射包裝的行業(yè)拓展路徑

事微納光學(xué)技術(shù)應(yīng)用于包裝領(lǐng)域，可以將產(chǎn)品設(shè)計(jì)的防偽性能提升到光學(xué)考察級(jí)別，針對(duì)微納光學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步開發(fā)，能夠催促該技術(shù)向產(chǎn)業(yè)融合方向逐步升級(jí)。尤其在消費(fèi)升級(jí)的整體環(huán)境下，創(chuàng)設(shè)商品包裝效果的不同視角，也是提供設(shè)計(jì)維度的全新方式?；阼D射包裝本身對(duì)于微納光學(xué)技術(shù)的需求，其產(chǎn)業(yè)化方向已經(jīng)尤為突出。而且用激光全息、光刻工藝本身也可以增強(qiáng)微納光學(xué)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)融合效果，并最終支持精細(xì)化加工和亞微米級(jí)的極端加工制造業(yè)發(fā)展。因此，應(yīng)用微納光學(xué)技術(shù)設(shè)計(jì)商品包裝模式的產(chǎn)業(yè)化路徑，在結(jié)合了微納光學(xué)技術(shù)之后，可以提供增亮擴(kuò)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(yīng)用，對(duì)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(chǎn)業(yè)發(fā)展與不斷優(yōu)化。。

2.2 公共安全防偽產(chǎn)業(yè)開發(fā)維度

激發(fā)新型光柵技術(shù)的變革是微納光學(xué)技術(shù)所產(chǎn)生的主推力，尤其大規(guī)模集成電路的工藝技術(shù)逐步完善，對(duì)于光柵基本光學(xué)器材的發(fā)展也具有重要意義。傳統(tǒng)的表面光柵刻畫效果并無法達(dá)到真正的公共防偽需求，而微納光學(xué)技術(shù)則可以通過機(jī)械刻畫光柵的基本原理，增強(qiáng)光柵厚度，從而具備更為穩(wěn)定的溫度保持性。那么在實(shí)際應(yīng)用中，將其作為輔助性防偽標(biāo)準(zhǔn)，則有助于提供公共安全防偽效果。據(jù)悉未來5年內(nèi)，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(chǎng)也將保持每年10%以上的增長(zhǎng)速率。因此，將微納光學(xué)技術(shù)應(yīng)用于此類防偽行業(yè)中本身具備了較強(qiáng)的技術(shù)支撐力與市場(chǎng)消耗力，可以維系微納光學(xué)技術(shù)在此產(chǎn)業(yè)中的可持續(xù)發(fā)展。

2.3 促進(jìn)能源利用率的發(fā)展趨勢(shì)

利用微納光學(xué)器件，能夠支持“節(jié)能減排”的應(yīng)用效果。諸如光學(xué)表面本身具備的反射特征，能夠?yàn)樘柲芾寐蕜?chuàng)造有效環(huán)境，而半導(dǎo)體激光器的出光效率也會(huì)隨之增加，進(jìn)而為降低光能損耗提供優(yōu)勢(shì)。微納光學(xué)技術(shù)在此方面的貢獻(xiàn)將支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的全新格局，同時(shí)對(duì)微納米結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)效應(yīng)產(chǎn)生了全新的產(chǎn)業(yè)化推動(dòng)。能夠?yàn)樘柲芙邮芷骷膽?yīng)用效果創(chuàng)造可行性較高的技術(shù)支持。進(jìn)而在能源利用方面達(dá)到預(yù)期的產(chǎn)業(yè)化升級(jí)與發(fā)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(xué)能源利用率及其產(chǎn)業(yè)化路徑革新創(chuàng)造便利條件。同時(shí)高端光學(xué)場(chǎng)合的應(yīng)用傾向也是能源發(fā)展的主要路徑，而微納光學(xué)技術(shù)此前在人民幣等高端光學(xué)防偽的應(yīng)用效果已經(jīng)相當(dāng)突出，微納光學(xué)結(jié)構(gòu)的色彩控制能力，以及批量生產(chǎn)的技術(shù)創(chuàng)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(xué)技術(shù)的應(yīng)用降低傳統(tǒng)油墨印刷的能源消耗，真正達(dá)到預(yù)期的節(jié)能減排環(huán)保效益。

2.4 光學(xué)元器件的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展

微納光學(xué)技術(shù)對(duì)于新興光電子產(chǎn)業(yè)的輔助性支持已經(jīng)尤為突出，而作為光學(xué)元器件的技術(shù)指導(dǎo)力也被多方研究證實(shí)。微納光學(xué)技術(shù)本身是光學(xué)領(lǐng)域的前沿方向，在諸多國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域?qū)τ谖⒓{光學(xué)技術(shù)的光學(xué)器件發(fā)展具有高度評(píng)價(jià)。諸如負(fù)折射率材料、等離子體光學(xué)器件等，均需要以納米尺度的技術(shù)進(jìn)行制造，其中尤為關(guān)注反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備、聚焦電子束設(shè)備、以及光刻工藝等相關(guān)光學(xué)儀器設(shè)備的發(fā)展。因此借助納米制造產(chǎn)業(yè)的逐步發(fā)展，也能夠?yàn)楣鈱W(xué)元器件的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供助推力，并激發(fā)光學(xué)元器件融入新型微納光學(xué)技術(shù)的可能性。諸如偏振分光器件便是以微納光學(xué)技術(shù)為核心的功能升級(jí)。因此，微納光學(xué)器件在光顯示、光存儲(chǔ)、光通信等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中的發(fā)展前景依然較高，是微納光學(xué)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化路徑的重要方向。

3 結(jié)語

綜上所述，微納光學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)鐳射包裝、公共安全防偽、能源利用率、以及光學(xué)元器件等眾多產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化具有重要的應(yīng)用價(jià)值。在實(shí)際應(yīng)用過程中仍然需要針對(duì)微納光學(xué)技術(shù)不斷優(yōu)化，進(jìn)而激發(fā)其與多種行業(yè)相互融合的最佳效果，才能真正支持由微納光學(xué)技術(shù)向多元產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)滲透的最終目標(biāo)，形成微納光學(xué)技術(shù)的多維產(chǎn)業(yè)化路徑。

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