Микросхемы МЭМС получают новые преимущества: сочетание линз на метаповерхностях с технологией МЭМС может добавить высокоскоростное сканирование и улучшить фокусирующую способность оптических систем.

Плоские линзы, в отличие от своих традиционных аналогов, относительно легкие и основаны на оптических наноматериалах, известных как метаповерхности. Когда субволновые наноструктуры метаповерхности образуют определенные повторяющиеся узоры, они имитируют сложные кривизны, преломляющие свет, но с меньшим объемом и улучшенной способностью фокусировать свет с уменьшенными искажениями. Однако большинство этих наноструктурированных устройств статичны, что ограничивает их функциональность.

Федерико Капассо, физик-прикладник из Гарвардского университета, который был пионером технологии Metalens, и Даниэль Лопес, руководитель группы нанофабрикатов и устройств в Аргоннской национальной лаборатории и один из первых разработчиков микроэлектромеханических систем (MEMS), провели мозговой штурм о добавлении возможностей движения, таких как быстрое сканирование и управление лучом. к металенсам для новых приложений.Капассо и Лопес разработали устройство, которое интегрирует металины среднего инфракрасного спектра в MEMS.

На этой неделе исследователи сообщают о своих выводах в APL Photonics от AIP Publishing.MEMS — это технология на основе схем, которая включает в себя микроэлектронику, подобную той, что есть в компьютерных микросхемах, и включает в себя механические микроструктуры, такие как приводы и шестерни. Повсеместно распространенные во всем, от мобильных телефонов до подушек безопасности, биодатчиков, приборов и оптики, МЭМС производятся с использованием тех же технологий, которые используются для интегральных схем на типичных компьютерных микросхемах.«Плотная интеграция тысяч индивидуально управляемых устройств типа« линза на МЭМС »на одном кремниевом чипе обеспечила бы беспрецедентную степень контроля и управления оптическим полем», — сказал Лопес.

Исследователи сформировали метаповерхностную линзу, используя стандартные методы фотолитографии на пластине кремний на изоляторе с верхним слоем устройства толщиной 2 микрона, слоем скрытого оксида толщиной 200 нанометров и слоем ручки толщиной 600 микрон. Затем они поместили плоскую линзу на сканер MEMS, по сути, микрозеркало, которое отклоняет свет для высокоскоростной модуляции длины оптического пути. Они выровняли линзу с центральной платформой MEMS и зафиксировали их вместе, поместив небольшие платиновые пятна.

«Наш прототип объектива с метаповерхностью, интегрированный с MEMS, может иметь электрическое управление для изменения углового поворота плоской линзы и может сканировать фокусное пятно на несколько градусов», — сказал Лопес. «Кроме того, эта проверенная концепция интеграции плоских линз на основе метаповерхностей со сканерами МЭМС может быть распространена на видимую и другие части электромагнитного спектра, что подразумевает возможность их применения в более широких областях, таких как системы микроскопов на основе МЭМС, голографические и проекционные изображения, сканеры LIDAR (обнаружение света и дальность) и лазерная печать ».При электростатическом возбуждении платформа MEMS управляет углом линзы по двум ортогональным осям, позволяя сканировать фокусное пятно плоской линзы примерно на 9 градусов в каждом направлении. По оценкам исследователей, эффективность фокусировки составляет около 85 процентов.

«Такие металины могут производиться серийно с использованием той же технологии изготовления компьютерных микросхем, и в будущем они заменят обычные линзы в широком диапазоне применений», — сказал Капассо.

Портал обо всем