08年光MEMs与纳米光子学大会见闻
发布时间：2008-09-10 08:57:56 热度：3915
9/10/2008,Optical MEMs and nanophotonics大会是由IEEE和LEOS联合主办的学术年会，在微光电和纳米集成研究领域具有相当影响力。今年于八月中旬在德国小城Freiburg举办。恰好有时间参加了这次会议，因此想在光纤在线将会议主要研究成果按照主题做一个总结，以期让更多读者能够了解这一研究领域近年来的研究热点和现状（注：一些我陌生的主题入生物传感、自适应光学等没有介绍）。
1．纳米粒子与纳米线：
这个主题目前主要围绕量子点技术与光子晶体器件展开研究。
其中一个特邀报告来自东京大学Y. Arakawa教授，Arakawa被学界尊称为“量子点之父”，是国际上最早对量子点进行理论和实验研究的科学家，对半导体激光器的发展做出了杰出贡献。Arakawa此次的特邀报告，是其最新研究内容的总结，报告围绕量子点在二维、三维光子晶体激光器中的运用做了介绍。量子点可以帮助激光器实现高效率发射，而二、三维光子晶体则有助于制作低域值辐射的光源，因此作者探讨了这些新型光源在微光信息处理、量子通信以及照明等领域的运用。
该主题主要报告还有：东京大学的另一个研究则相对较专，作者建了一套实验装置，可以通过反射率测量，来对二维光子晶体微腔存在量子点时共振波长进行精确测量，这个工作有助于对相关器件进行性能检测；台湾大学的研究者就水解生长ZnO纳米杆的工艺做了介绍，该材料以较好的光电特性和相对低廉的价格优势成为光伏器件的有利备选材料；纳米线材料近年来受到了广泛的关注，可应用于许多光电领域，但如何批量化生产纳米线目前还是一个技术难点。加州大学伯克利分校的研究者利用光镊技术实现了这一目标，通过准确对光焦斑位置进行二维控制，可以制作出高重复率、高精度的银纳米线；微纳米结构常常需要对一些分层结构进行重叠，以便由二维膜层堆叠出三维结构，这需要让各层间精确对准。MIT的研究者做了一个生动的报告，通过动画演示了其实验过程，在重叠膜层前在膜层上制作了纳米磁膜，利用一种纳米磁间的吸引力可以让两膜层重叠的对准精度高于30nm。
2．微流体与传感技术：
这个主题的一篇特邀报告来自土耳其Bilkent大学。这位胖胖的土耳其老头非常风趣，一上来就用两个世纪以来，人们身上衣服布料越用越少来证明全球气候的变暖趋势，惹得哄堂大笑。该报告的主题是“如何应对全球气候变暖”。但实际上是在讲照明工程，首先介绍了他们使用纳米晶体与固体LED光源相结合的一些研究，他们设计制作了许多光源能够大幅度的降低白光照明光源的能耗；然后介绍了他们利用纳米晶体闪烁物质与硅基太阳能装置相结合，大幅度改善光电转换效率的研究；最后他介绍了他们基于光电阴极的纳米粒子和纳米化合物系统来进化环境，消除温室气体的研究。
该分会主要内容还有：东京大学的研究者制作了微型血压传感器，其芯片只一厘米见方，能贴在皮肤表面探测血样变化，芯片是由一个微型光系统组成，由LD发射光，经皮肤深层后由一微型反射镜反射（硅微腔上镀金）后，被微透镜聚焦，再由光电二极管探测，由多普勒频移反应血样变化；德国研究者介绍了其液体微透镜的研究，在一个Pyrex玻璃上制作介质光栅和微槽结构，中央放上液滴，靠改变电压来改变液滴透镜曲率，能够实现变焦。
3．光波导及器件：
该主题的特邀报告来自IBM的研究者，作者的研究主要面向大规模超级计算机应用的光互联研究。分三个层次介绍了IBM在该领域的研究成果。首先是芯片间的三维互联，即扩展通常二维集成的概念，让几个芯片间以光的形式交互信息；然后介绍了芯片内的集成化芯片结构；最后则对面向光互联计算的关键器件做了介绍。从报告上看，由于是面向计算应用的光互联，因此属于局域通信，这样多模波导及其器件是报告的主题，而器件材料也多使用具有明显价格优势的聚合物材料。
该主题其他研究还有：日本Tohoku大学报道了为共振环滤波器的研究，在一个角落通过应力改变环结构来实现滤波功率的调节；Texas大学的研究者通过在一个十字交叉波导中刻了两个垂直的槽（薄的空气隙）做成了四端口的光耦合器，可以通过对材料和缝宽的调节设计来改变各端口分束比；加州大学研究者通过使用大折射率差材料直角弯曲，构成了方形的环状共振器，并通过对两个方形共振环级联起到对激光器可调选频的作用，制作了可调半导体激光器。
4．光源与显示：
本主题特邀论文来自Microvision, Inc.的研发人员，报告介绍了该公司Pico系列便携式投影仪的研发情况。该系列产品以红、蓝LD和倍频实现的绿光激光器做光源实现逼真彩色成像，通过使用二维MEMs反射镜来实现快速精确图像扫描。由于全部器件都非常精密，因此其投影仪结构尺寸相当紧凑，可以放入手机中，让未来手机不仅具有数码相机的功能，还兼具投影显示的能力，能够将手机中的视频投影到墙上观看。
此外，加拿大研究者用光微盘来实现激光器波长选择输出，并重点介绍了光微盘的制作工艺，方法很简单，旋涂光刻胶后通过适当的湿法刻蚀就能在玻璃材料上制作出微盘；韩国研究者介绍了一种广角照明方案，其实就是通过对球面发光体表面做了很多微型孔状结构，利用光的衍射来扩大照明角；瑞士研究者使用MEMs微镜阵列来对激光脉冲整形，原理也很简单，先通过透镜对激光脉冲扩束，通过光栅来将各频谱成分照射在相应的微镜上，通过微镜偏角控制来改变另一端能量接收，进而实现对各频谱成分调节，再通过使用另一个光栅和透镜来恢复出整形后脉冲。
5．扫描与应用：
美国核安全国家实验室的研究者就强光照射金属MEMs时，对镜面的影响做了研究，比较了不同金属膜的损坏特性，如表面难以恢复的光斑影像和镜面翘起等缺陷。同时研究者提出了最佳配比介质材料，通过在金属表面增加一层介质膜来降低强光照射对MEMs金属镜的损伤。
东京大学的研究者介绍了其三维扫描成像系统的工作原理，使用YAG脉冲激光器做光源，通过两个不同频率的MEMs镜面以一定角度交叉，每个镜面都可以在两个方向上偏转，进而实现了三维空间扫描；Mirrorcle Technologies, Inc.的研究者也利用了类似原理，使用两个MEMs镜面来对物体运动轨迹追踪，通过两个镜面快速扫描来获得经物体反射光的位置变化，并连接计算机进行计算，这样的系统能够有效跟踪物体运动轨迹，并对不同时刻运动坐标给予精确计算；斯坦福大学的研究者在MEMs表面制作了光子晶体结构，从而能在大光谱范围内获得超高反射率。
6．纳米加工及特性：
Texas大学的研究者就这个主题给了一个特邀报告，是对近场光学扫描显微镜（NSOM）的一个改进。传统的NSOM是使用光纤来导光作为光源，但受限于衍射效应，探测分辨率受到限制。现在，研究者在NSOM硅探针上直接集成制作了纳米尺度的LED，从而突破了衍射极限，大大提高了观测的分辨率。作者介绍了纳米LED的制作方法，并以细胞探测为实例，说明现在微LED的优势。
SiC是最近很受关注的一种材料，在某些波段会出现类似金属的特性。加州大学伯克利分校的研究者介绍了如何利用低温化学气象沉积工艺制作高性能的多晶SiC，探索薄膜生长的最佳掺杂浓度和退火时间等工艺参数；德国研究者通过研究溶剂存在下对聚合物膨胀的影响来观测其折射率和体积的变化。特别当用聚合物制作了光子晶体后，作者证明可以通过这种膨胀效应来改变光子晶体禁带结构，能够让其禁带发生10%左右的调节变化。
7．光子金属材料：
这个主题有两个特邀报告。首先德国研究者就光子金属材料的发展现状做了总结，特别针对LC回路构成的负折射材料研究情况做了介绍。焦点在相关非线性效应以及慢光效应的研究上。另一篇来自瑞士的特邀报告则介绍了其可调等离子波器件的研究，通过使用两个周期性等离子波结构，改变其相互位置，可以控制共振波长的变化。同时这个过程也可以控制光强，让其在两个数量级内变化。
1．纳米粒子与纳米线：
这个主题目前主要围绕量子点技术与光子晶体器件展开研究。
其中一个特邀报告来自东京大学Y. Arakawa教授，Arakawa被学界尊称为“量子点之父”，是国际上最早对量子点进行理论和实验研究的科学家，对半导体激光器的发展做出了杰出贡献。Arakawa此次的特邀报告，是其最新研究内容的总结，报告围绕量子点在二维、三维光子晶体激光器中的运用做了介绍。量子点可以帮助激光器实现高效率发射，而二、三维光子晶体则有助于制作低域值辐射的光源，因此作者探讨了这些新型光源在微光信息处理、量子通信以及照明等领域的运用。
该主题主要报告还有：东京大学的另一个研究则相对较专，作者建了一套实验装置，可以通过反射率测量，来对二维光子晶体微腔存在量子点时共振波长进行精确测量，这个工作有助于对相关器件进行性能检测；台湾大学的研究者就水解生长ZnO纳米杆的工艺做了介绍，该材料以较好的光电特性和相对低廉的价格优势成为光伏器件的有利备选材料；纳米线材料近年来受到了广泛的关注，可应用于许多光电领域，但如何批量化生产纳米线目前还是一个技术难点。加州大学伯克利分校的研究者利用光镊技术实现了这一目标，通过准确对光焦斑位置进行二维控制，可以制作出高重复率、高精度的银纳米线；微纳米结构常常需要对一些分层结构进行重叠，以便由二维膜层堆叠出三维结构，这需要让各层间精确对准。MIT的研究者做了一个生动的报告，通过动画演示了其实验过程，在重叠膜层前在膜层上制作了纳米磁膜，利用一种纳米磁间的吸引力可以让两膜层重叠的对准精度高于30nm。
2．微流体与传感技术：
这个主题的一篇特邀报告来自土耳其Bilkent大学。这位胖胖的土耳其老头非常风趣，一上来就用两个世纪以来，人们身上衣服布料越用越少来证明全球气候的变暖趋势，惹得哄堂大笑。该报告的主题是“如何应对全球气候变暖”。但实际上是在讲照明工程，首先介绍了他们使用纳米晶体与固体LED光源相结合的一些研究，他们设计制作了许多光源能够大幅度的降低白光照明光源的能耗；然后介绍了他们利用纳米晶体闪烁物质与硅基太阳能装置相结合，大幅度改善光电转换效率的研究；最后他介绍了他们基于光电阴极的纳米粒子和纳米化合物系统来进化环境，消除温室气体的研究。
该分会主要内容还有：东京大学的研究者制作了微型血压传感器，其芯片只一厘米见方，能贴在皮肤表面探测血样变化，芯片是由一个微型光系统组成，由LD发射光，经皮肤深层后由一微型反射镜反射（硅微腔上镀金）后，被微透镜聚焦，再由光电二极管探测，由多普勒频移反应血样变化；德国研究者介绍了其液体微透镜的研究，在一个Pyrex玻璃上制作介质光栅和微槽结构，中央放上液滴，靠改变电压来改变液滴透镜曲率，能够实现变焦。
3．光波导及器件：
该主题的特邀报告来自IBM的研究者，作者的研究主要面向大规模超级计算机应用的光互联研究。分三个层次介绍了IBM在该领域的研究成果。首先是芯片间的三维互联，即扩展通常二维集成的概念，让几个芯片间以光的形式交互信息；然后介绍了芯片内的集成化芯片结构；最后则对面向光互联计算的关键器件做了介绍。从报告上看，由于是面向计算应用的光互联，因此属于局域通信，这样多模波导及其器件是报告的主题，而器件材料也多使用具有明显价格优势的聚合物材料。
该主题其他研究还有：日本Tohoku大学报道了为共振环滤波器的研究，在一个角落通过应力改变环结构来实现滤波功率的调节；Texas大学的研究者通过在一个十字交叉波导中刻了两个垂直的槽（薄的空气隙）做成了四端口的光耦合器，可以通过对材料和缝宽的调节设计来改变各端口分束比；加州大学研究者通过使用大折射率差材料直角弯曲，构成了方形的环状共振器，并通过对两个方形共振环级联起到对激光器可调选频的作用，制作了可调半导体激光器。
4．光源与显示：
本主题特邀论文来自Microvision, Inc.的研发人员，报告介绍了该公司Pico系列便携式投影仪的研发情况。该系列产品以红、蓝LD和倍频实现的绿光激光器做光源实现逼真彩色成像，通过使用二维MEMs反射镜来实现快速精确图像扫描。由于全部器件都非常精密，因此其投影仪结构尺寸相当紧凑，可以放入手机中，让未来手机不仅具有数码相机的功能，还兼具投影显示的能力，能够将手机中的视频投影到墙上观看。
此外，加拿大研究者用光微盘来实现激光器波长选择输出，并重点介绍了光微盘的制作工艺，方法很简单，旋涂光刻胶后通过适当的湿法刻蚀就能在玻璃材料上制作出微盘；韩国研究者介绍了一种广角照明方案，其实就是通过对球面发光体表面做了很多微型孔状结构，利用光的衍射来扩大照明角；瑞士研究者使用MEMs微镜阵列来对激光脉冲整形，原理也很简单，先通过透镜对激光脉冲扩束，通过光栅来将各频谱成分照射在相应的微镜上，通过微镜偏角控制来改变另一端能量接收，进而实现对各频谱成分调节，再通过使用另一个光栅和透镜来恢复出整形后脉冲。
5．扫描与应用：
美国核安全国家实验室的研究者就强光照射金属MEMs时，对镜面的影响做了研究，比较了不同金属膜的损坏特性，如表面难以恢复的光斑影像和镜面翘起等缺陷。同时研究者提出了最佳配比介质材料，通过在金属表面增加一层介质膜来降低强光照射对MEMs金属镜的损伤。
东京大学的研究者介绍了其三维扫描成像系统的工作原理，使用YAG脉冲激光器做光源，通过两个不同频率的MEMs镜面以一定角度交叉，每个镜面都可以在两个方向上偏转，进而实现了三维空间扫描；Mirrorcle Technologies, Inc.的研究者也利用了类似原理，使用两个MEMs镜面来对物体运动轨迹追踪，通过两个镜面快速扫描来获得经物体反射光的位置变化，并连接计算机进行计算，这样的系统能够有效跟踪物体运动轨迹，并对不同时刻运动坐标给予精确计算；斯坦福大学的研究者在MEMs表面制作了光子晶体结构，从而能在大光谱范围内获得超高反射率。
6．纳米加工及特性：
Texas大学的研究者就这个主题给了一个特邀报告，是对近场光学扫描显微镜（NSOM）的一个改进。传统的NSOM是使用光纤来导光作为光源，但受限于衍射效应，探测分辨率受到限制。现在，研究者在NSOM硅探针上直接集成制作了纳米尺度的LED，从而突破了衍射极限，大大提高了观测的分辨率。作者介绍了纳米LED的制作方法，并以细胞探测为实例，说明现在微LED的优势。
SiC是最近很受关注的一种材料，在某些波段会出现类似金属的特性。加州大学伯克利分校的研究者介绍了如何利用低温化学气象沉积工艺制作高性能的多晶SiC，探索薄膜生长的最佳掺杂浓度和退火时间等工艺参数；德国研究者通过研究溶剂存在下对聚合物膨胀的影响来观测其折射率和体积的变化。特别当用聚合物制作了光子晶体后，作者证明可以通过这种膨胀效应来改变光子晶体禁带结构，能够让其禁带发生10%左右的调节变化。
7．光子金属材料：
这个主题有两个特邀报告。首先德国研究者就光子金属材料的发展现状做了总结，特别针对LC回路构成的负折射材料研究情况做了介绍。焦点在相关非线性效应以及慢光效应的研究上。另一篇来自瑞士的特邀报告则介绍了其可调等离子波器件的研究，通过使用两个周期性等离子波结构，改变其相互位置，可以控制共振波长的变化。同时这个过程也可以控制光强，让其在两个数量级内变化。
