所谓奈米玻璃(nano glass)并不是指微小玻璃，而是利用奈米规模(nano scale)的技术改变物性，并赋与新机能的玻璃而言。自古以来玻璃便常被用在各种容器及工艺品；信息通信、建筑、医疗器材等制品大多是无机非结晶材料为主，目前则要求更轻、更耐热玻的玻璃特质，因而驱使新世代玻璃应用与奈米玻璃等先端材料的研究正式全面展开。

奈米技术控制结晶的size与形状

由于最近发现量子size效果具有崭新的光电特性，因此国外已开始着手进行基础要素技术的研究。具体而言它是在均质溶融‧固化玻璃中析出微结晶实现负膨涨率之技术，或是利用奈米技术控制微结晶大小及形状，进而开发热膨涨率等热物理及新型光学机构技术。

此外已有20年以上历史的VAD法(付气相轴法)所制作的光纤，微视而言它的组织结构是奈米(十亿分之一米，1nm)级玻璃微粒子的凝聚体，然而有关光纤结构的奈米研究、控制或是利用量子size效果产生高亮度发光现象之机能性探索则有待努力。

奈米控制技术的研发目标

主要研发目标是锁定在构造自由度(残余entropie)比结晶更大的无机非晶质材料的特性，藉由奈米控制技术可获得突破性的性能，换言之它的标的物如(图一)所示，为原子、分子规模之构造、超威粒子构造、高次构造等三大项目，并开发其相关控制技术。

原子、分子规模(其大小约为1nm)之构造：

利用组成控制或构造缺陷的导入控制局部配位子场进而开发出新的光电性能。

超威粒子(其大小约为1~数10nm)构造：

利用气相法、溶液法等材料制程或超短脉冲(pulse)雷射光、超高压、施加高电压等，同时更藉由外部赋与能量，搭配微粒子、分相、结晶细孔周期配列控制技术的开发，创造出超高亮度发光体、环境贺尔蒙分离组件、光微积体组件等相关基础材料。

高次构造：

利用有机、无机混合(hybrid)、异方性结晶析出和它的界面状态控制，开发高次规模之异质(hetero)构造或周期规则构造成形技术，制作可运用于太阳电池、运输机材、OA设备等领域之超轻量、高强度基板。

《图一 奈米玻璃计划三大目标》

以奈米玻璃技术制作多功能三维光学电路

如众所周知，三维光学电路的功能凌驾传统平面电子电路，为实现此目的必需开发相关的材料技术。首先根据奈米size异质项的量子效率赋与电子、磁气、光学之特异机能(统称奈米机能)，依此确认光学组件动作原理。换言之它是利用奈米玻璃本身具备的多样机能制作三维光学电路，最后在玻璃内制作光学电路，并将各种光学组件微缩完成三维一体之超小型奈米玻璃光学微积电路。

Tera位超高速通信

80年代初光通信是以每秒百万(Mb)位速度传输，90年代末10亿位传输开始商业化。随着因特网需求成长，传递信息量以当初2倍速度成长，预估15年后同一光纤可作10 Tera位的传输亦将进入商业化。然而若以目前的技术作延伸，同等比例时的传输成本，其消费能源对成本将急遽上升。此现象亦适用于超高容量储存设备与高精细显示设备。造成这现象主要原因是光通信、光储存、显示设备等光信息技术相关制品、组件所使用的传统材料必需提高其纯度并改善制程才能符合上述需求，而具革命性的新型材料与制程的开发却大幅落后时程需求。

因此有关内建光导波路、光开辟、光传输、光增幅、波长转换器、分合波器、波长分波器、波长选择filter之三维光学组件的研发愈形重要。利用原子、分子规模至数十奈米以上等级之奈米构造控制的玻璃，可按照量子效果达成电子磁气、光学、化学等特异奈米机能。换言之奈米机能乃是三维光学组件不可或缺的基础技术。

光导波器

未来能实现每一单位光纤可作10T位/秒/1万公里(无中继每秒10T位传递1万公里)的超高速传输能力(目前为1T位/秒/1千公里)的组件，祇有光机微积电路才能达成。具体而言它是利用超短脉冲(pulse)把光导波路烧入玻璃内，或利用雷射光把分合波用filter、偶合器(coupler) 烧入玻璃内。换言之未来必需配套开发超高感度玻璃与高精度雷射光描绘技术。

宽幅、高效率之光增幅组件

为实现每秒10 T位超高速传输与1000channel多重(重迭)能力，必须将目前的波长范围以低耗电技术利用光增幅器提高10倍以上，才能符合实际需求，其中最具潜力的是稀土类离子发光，或利用玻璃结构的栏栅振动产生Raman散乱之增幅效应技术。

效率上稀土类离子发光之材质会有带宽过窄之缺点，后者虽然具有一定程度的自由调整空间但是效率极低，为弥补这些缺点透过新型增幅用玻璃的开发，可实现光纤或光导波chip宽幅‧高效率增幅的目标。

高速光开关、光隔离器、光导波器

光通信用光开关通常是将heater设置在光纤上，利用热光效应(因温度上升，折射率亦上升)达到开/关目的，或将非线形光学效果较大之结晶材料坎入光导波器途中作成光开关。前者应答速度非常慢，后者有成本极限之问题。而光隔离器或光导波器则使用各种结晶材料，各组件微体积化或低成本化时却都遭遇到一定极限之困扰。

使用结晶材料之组件特征为构造上是异方性(光学、磁气异方性)，因此可利用玻璃的奈米构造控制技术有机会发现类似奈米玻璃特性。换言之以人为力量将光学、磁气异方性的周期提高，之后检讨组成与操作技巧再确认磁气与电气之光学效果，同时建立将其机能作三维微积化技术是未来发展的方向。

大容量光储存用材料(超解像膜)

将薄膜玻璃中的粒径极为规则的奈米大小结晶粒子析出、分散，之后在此奈米玻璃薄膜照射雷射光，此时薄膜的折射率会产生变化，当激光束外径减少时便发生可逆性的超高折射率变化。目前一般液晶等高折射率变化材料顶多祇有1%变化，但若用雷射光照射折射率变化量超过20%的材料可作为奈米玻璃材料来使用。此特殊现象适合大容量光储存用材料之超解像膜，因为折射率变化变大时光储存读取面积可大幅减少，此外玻璃基板表层形成奈米大小的异质层，基板更容易达成高强度化、超平坦化，进而促成高速旋转高速读取之大容量光储存盘片的早日实现。

超高亮度发光玻璃

虽然市面上已经有在溶液中发光效率约为10%的超威粒子，不过其寿命仅有数小时且非常不稳定更无法提高其浓度。若是可稳定保持玻璃中的高浓度，显示器或夜间照明便可获得发光玻璃。

为了要提高玻璃中发光超威粒子的浓度，例如利用逆分子团法(micelle)制作粒径数10nm之玻璃微粒子，并在其中添加平均一个半导体微粒子，之后将此微粒子均质分散至玻璃中，此外诸如此类藉由超威粒子规则配置提高发光效率(目标为目前的100倍)手法仍有待进一步开发。

光开辟用非线形玻璃

含有超威粒子材料具有显著量子效果，例如μ(百万分之一)m大小时几乎无法显现之「量子封闭效果」，或奈米粒子的存在首度引发红色着色之「表面plasmon效果」，以及近场所引起的「界面效果」均为典型代表。(图二)为石英(SiO2)玻璃中析出奈米大小Cu(铜)的TEM(穿透式电子显微镜)照片。(图三)为Au(金)/SiO2(石英玻璃中析出奈米大小金)、Ag(银)/SiO2(石英玻璃中析出奈米大小银)、Cu(铜)/SiO2(石英玻璃中析出奈米大小铜)三种薄膜堆栈时薄膜的吸收频谱(spectrum)。

图三中基于Au、Ag、Cu粒子特有的表面plasmon吸收，其吸收频率分别是525 nm、406 nm、582nm。这些吸收一旦由周围赋与光的电场，其吸亮度会显示极大变化之非线性特质，换言之可将光作为开辟使用，亦即所谓的超高速光学开辟之应用。

奈米规模之超威粒子可保有透旋光性，同时亦可溶入玻璃材料中，此外更可藉由外界电磁场进行配置操作等超威细控制，对于开发新机能具有非常大的贡献，尤其是创造下一世代的光子(photonics)材料更形宝贵。

《图三 三种薄膜重迭后之复合膜吸收频谱分布》