作者：佩萨赫·本松 (Pesach Benson) • 2025年9月9日
耶路撒冷，2025年9月9日（TPS-IL）——特拉维夫大学周二宣布，以色列科学家开发出一种突破性方法，可直接在芯片上将玻璃片折叠成微型三维结构，他们将这一过程称为“光子折纸”。这项技术为新一代数据处理、传感和实验物理设备铺平了道路，并允许以过去认为无法实现的规模将玻璃塑造成超光滑、高性能的光学元件。
特拉维夫大学弗莱施曼工程学院电气工程学院的带头研究员塔尔·卡莫恩 (Tal Carmon) 教授表示：“现有的3D打印机生产出的粗糙3D结构在光学上并不均匀，因此无法用于高性能光学器件。模仿松果鳞片向外弯曲以释放种子的方式，我们的激光诱导技术可触发超薄玻璃片产生精确弯曲，并可用于为各种应用创造高度透明、超光滑的3D微光子设备。”
根据这项研究，该团队的激光诱导折叠工艺制造出了长达3毫米、厚度仅0.5微米的玻璃结构——大约比人发细200倍。研究人员成功将玻璃塑造成螺旋形以及凹面镜和凸面镜，实现了极其光滑的表面（误差小于1纳米），使光线能够无畸变地反射。研究结果发表在经同行评审的《光学》(Optica) 杂志上。
卡莫恩说：“类似于大型3D打印机可以制造几乎任何家居用品，光子折纸可以制造出各种微型光学设备。例如，它可以用来生成微型变焦镜头，从而取代大多数智能手机中使用的5个独立摄像头，或者制造使用光代替电的微光子元件，从而推动向计算机中传统电子产品更快、更高效替代方案的转变。”
这一发现是一个意外。卡莫恩让研究生玛尼亚·马尔霍特拉 (Manya Malhotra) 通过调高功率直到材料发光，来识别隐形激光击中一块玻璃的位置。玻璃没有发光，而是折叠了起来。
卡莫恩回忆说：“这是一个简单但意想不到的时刻。”马尔霍特拉后来成为了该研究小组现在称之为光子折纸的先驱专家。
折叠背后的物理原理非常优雅。当玻璃片的一侧被激光加热时，它会短暂液化。随后表面张力变得比重力更强大，将软化的玻璃拉入激光聚焦的精确折叠处。
为了在实际环境中应用该技术，实验室工程师罗嫩·本·丹尼尔 (Ronen Ben Daniel) 在硅芯片上制造了薄层二氧化硅玻璃，并对其进行蚀刻以释放玻璃，同时留下微小的支撑。利用二氧化碳激光器的脉冲，该团队展示了玻璃片可以在不到一毫秒的时间内折叠，以每秒2米的速度移动，加速度超过每秒平方2000米。卡莫恩说：“在显微镜下看到折叠的二氧化硅令人兴奋。我们对3D微光子架构的控制程度带来了惊喜——特别是考虑到这是通过一个简单的装置实现的，该装置只涉及聚焦在所需折叠处的单个激光束。”
研究人员将厚度达10微米的玻璃片弯曲成从直角到螺旋形等各种形状，精度达到0.1微弧度。他们最引人注目的演示之一是一个轻便的可折叠玻璃桌，其底部内置了一个凹面镜。受澳大利亚国立大学P.K.拉姆 (P.K. Lam) 理论建议的启发，该装置原则上可以进行光学悬浮，以探测极小尺度下牛顿引力的可能偏差——这些实验可能会揭示暗物质等宇宙谜团。
潜在应用十分广泛。光子折纸可以制造微型变焦镜头，取代目前大多数手机中发现的多枚固定焦距镜头。单个折叠玻璃结构可以执行所有这些功能，而不是使用5个独立的摄像头进行广角、标准和长焦拍摄。
微型、高性能的光学器件可以集成到用于医学诊断、环境监测和工业传感的芯片中，在这些领域，尺寸和精度至关重要。通过光子折纸制造的超光滑微型镜和波导可以改善光纤网络，从而在芯片上实现更紧凑、更高效的数据路由。
在光学计算领域，将超光滑玻璃折叠成精确的3D组件可以帮助构建使用光代替电的微光子电路，与基于硅的电子产品相比，支持更快、更高效的数据处理。
可折叠光学器件还可以集成到卫星、无人机或其他注重尺寸、重量和耐用性的系统中。
卡莫恩说：“高性能的3D微光子学此前尚未得到证实。这项新技术将使用玻璃引导和控制光的硅光子学带入第三维，为高性能、集成光学器件开辟了全新可能性。”