Hvorfor metalenses er ved at revolutionere spånfremstillingen

SEM-billede (synsvinkel vippet 30°) af 'U'-formen fokuserede metalens Metalens med kunstigt fokusmønster

En af de mere fantastiske nye mikroenheder i horisonten er metalens. Dette redesign af den traditionelle sugetabletformede linse er en oblattynd plade af siliciumdioxid med et mønster af bittesmå skyttegrave skåret ind i overfladen. Løbegravene har omtrent samme størrelse som lysets bølgelængde og påvirker passagen af ​​fotoner gennem pladen, hvilket bringer dem i fokus.

Det gør disse plader til flade linser. Men den virkelige fordel er, at de kan skæres på almindelige siliciumspåner og dermed fremstilles på de samme fremstillingslinjer.

Det er et stort skridt. Indtil nu er linser altid blevet lavet separat og derefter samlet til optiske komponenter. Brug af metalenses ville gøre det muligt at lave enheder som kameraerne i smartphones meget nemmere og billigere. Metalenses kan endda tillade helt nye designs af optiske komponenter såsom optiske chips.

Nu afslører Mao Ye og kolleger ved University of Michigan endnu et trick: et sæt metalenses, der fokuserer lyset ind i et specifikt mønster i stedet for til et punkt. Det har konsekvenser for chipproducenter, der bruger lys til at skære specifikke mønstre på overfladen af ​​en siliciumplade.

Den nye teknik er i princippet ligetil. Tanken er, at et bestemt mønster af skyttegrave bringer lys til et bestemt fokuspunkt. Men forskerne tilføjer så endnu et mønster med et lidt andet fokuspunkt, der overlapper det første. Dette skaber en fokuslinje.

Tilføjelse af flere mønstre med forskellige overlappende fokuspunkter øger kompleksiteten af ​​det resulterende mønster. I princippet er det muligt at skabe et hvilket som helst fokalmønster.

Ye og co demonstrerer teknikken ved at skabe metalenses med et fokalmønster i form af et U og form af et M. Denne proof-of-princip demonstration viser, hvordan linjer og kurver kan kombineres for at skabe mere komplekse mønstre. Vi har foreslået og demonstreret en ny tilgang til at skabe metalenses, der fokuserer lys til et kunstigt designet mønster i stedet for et punkt, siger de.

Teknikken har en bred vifte af anvendelser, der involverer stråleformning: til laserskæring, udglødning og selektiv krystallisation, for eksempel. Men det er i spånfremstillingen, hvor teknikken lover mest. På grund af den store energitæthed, der koncentrerer sig om mønsteret, kan metalenses af denne art potentielt anvendes til næste generations nano-litografi med målrettet mønster påtrykt linsen, siger Ye og co.

Der er stadig forbedringer. Metalenses designet af Ye og co arbejder ved en enkelt bølgelængde - i dette tilfælde rødt lys med en bølgelængde på 685 nanometer.

Men andre grupper har designet metalenses, der fokuserer lys over en række bølgelængder. Anvendelse af de samme teknikker her skulle føre til metalenses med fokale mønstre, der fungerer for flere bølgelængder.

Det er interessant arbejde, der viser, hvordan metalenses vil have en betydelig indflydelse i de kommende måneder og år.

Ref: arxiv.org/abs/1906.10681 : Metalens med kunstigt fokusmønster

skjule