Et ægteskab med lysmanipulationsteknologier

Forskere har, for første gang, integrerede to teknologier, der er meget udbredt i applikationer såsom optisk kommunikation, bio-imaging og Light Detection and Ranging (LIDAR) systemer, der scanner omgivelserne for selvkørende biler og lastbiler.

I samarbejdsindsatsen mellem US Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory og Harvard University, forskere har med succes udformet en metasurface-baseret linse oven på en Micro-Electro-Mechanical System (MEMS) platform. Resultatet er et nyt infrarødt lysfokuseringssystem, der kombinerer de bedste funktioner i begge teknologier, samtidig med at størrelsen på det optiske system reduceres.

Metasurfaces kan struktureres på nanoskalaen til at fungere som linser. Disse metallinser blev banebrydende af Federico Capasso, Harvards Robert L. Wallace professor i anvendt fysik, og hans gruppe på Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS). Linserne finder hurtigt applikationer, fordi de er meget tyndere og mindre omfangsrige end eksisterende linser, og kan laves med den samme teknologi, der bruges til at fremstille computerchips. MEMS'erne, imens, er små mekaniske enheder, der består af små, bevægelige spejle.

"Disse enheder er nøgleord i dag for mange teknologier. De er blevet teknologisk gennemgående og er blevet vedtaget for alt fra aktivering af bilairbag til de globale positioneringssystemer for smartphones, "sagde Daniel Lopez, Nanofabrication and Devices Group Leader hos Argonne's Center for Nanoscale Materials, en DOE Office of Science brugerfacilitet.

Lopez, Capasso og fire medforfattere beskriver, hvordan de fremstillede og testede deres nye enhed i en artikel i APL Photonics, med titlen "Dynamisk metasurface -linse baseret på MEMS -teknologi." Enheden måler 900 mikron i diameter og 10 mikron i tykkelse (et menneskehår er cirka 50 mikrometer tykt).

Samarbejdets løbende arbejde med at videreudvikle nye applikationer til de to teknologier udføres på Argonnes Center for Nanoskala Materialer, SEAS og Harvard Center for Nanoscale Systems, som er en del af National Nanotechnology Coordinated Infrastructure.

I det teknologisk fusionerede optiske system, MEMS spejle reflekterer scannet lys, som metalerne derefter fokuserer uden behov for en ekstra optisk komponent, såsom en fokuseringslinse. Udfordringen, som Argonne/Harvard -teamet overvandt, var at integrere de to teknologier uden at skade deres ydeevne.

Det endelige mål ville være at fremstille alle komponenter i et optisk system - MEMS, lyskilden og den metasurface-baserede optik-med den samme teknologi, der bruges til fremstilling af elektronik i dag.

"Derefter, i princippet, optiske systemer kunne laves så tynde som kreditkort, "Sagde Lopez.

Disse lens-on-MEMS-enheder kunne fremme LIDAR-systemer, der bruges til at guide selvkørende biler. Nuværende LIDAR -systemer, som søger efter forhindringer i deres umiddelbare nærhed, er, derimod, flere fod i diameter.

"Du har brug for specifikke, stor, store linser, og du har brug for mekaniske genstande for at flytte dem rundt, som er langsom og dyr, "sagde Lopez.

"Denne første vellykkede integration af metalenses og MEMS, muliggjort af deres yderst kompatible teknologier, vil bringe høj hastighed og smidighed til optiske systemer, samt hidtil usete funktioner, sagde Capasso.