«Наш метод приближает нас к тому, чтобы сделать оптику своими руками за счет значительного упрощения этапов итерации дизайна», — пояснил Кимани Туссен, доцент кафедры механики и инженерии, руководивший исследованием, опубликованным на этой неделе в Nature Communications. «Этот процесс включает наноструктурированный шаблон, который можно использовать для создания множества различных типов оптических компонентов без необходимости идти в чистое помещение для изготовления нового шаблона каждый раз, когда требуется новый оптический компонент.«В последние годы стремление к развитию технологических инноваций и фундаментального научного и инженерного интереса со стороны самых широких слоев общества помогло ускорить разработку компонентов для самостоятельного изготовления (DIY), особенно тех, которые связаны с недорогими платами микроконтроллеров. , — заметил Туссент. «Упрощение и сокращение этапов между базовым дизайном и производством — основная привлекательность наборов для самостоятельного изготовления, но, как правило, в ущерб качеству. Мы представляем травление с помощью плазмонов как подход к распространению темы DIY на оптику со скромным компромиссом в качество, в частности, изготовление планарных оптических компонентов на столе ".«В нашем методе используются интуитивно понятные аспекты дифракционной оптики посредством простой модификации поверхности и свойства усиления электрического поля металлических наноантенн, которые обычно являются строительными блоками метаповерхностей», — заявил Хао Чен, бывший научный сотрудник лаборатории Туссена. и первый автор статьи «Самостоятельные планарные оптические компоненты с использованием плазмонного травления».
По словам Чена, лазерный свет сканирует шаблон — двумерный массив наноантенн-бабочек с опорой на золотые столбы (площадью 80 x 80 квадратных микрометров), который погружен в воду в желаемом виде под микроскопом. Взаимодействие света и вещества, усиленное наноантеннами, дает сильный эффект нагрева. В результате золотой слой наноантенн подвергается тепловому расширению, которое препятствует его прилипанию к их стеклянной подложке.
При определенной оптической мощности сила, создаваемая тепловым расширением, позволяет слою золота отрываться от подложки, травляя металл.«В целом рабочая нагрузка в чистом помещении значительно снижается», — отметил Чен. «Когда шаблон готов, он похож на лист бумаги.
Вы можете« нарисовать »все необходимые оптические элементы на« холсте »с помощью обычного лазерного сканирующего оптического микроскопа».Исследование продемонстрировало изготовление различных ультратонких (характерный размер меньше длины оптической волны) плоских оптических компонентов с использованием одного и того же шаблона. Конкретные оптические компоненты, изготовленные исследователями, включали плоскую фокусирующую линзу (также известную как зонная пластина Френеля) с фокусным расстоянием ~ 150 микрометров, дифракционная решетка и голографический преобразователь, который передает угловой момент стандартному оптическому лучу.По словам исследователей, метод PAE и специализированный шаблон также могут быть использованы для обеспечения преимущественного захвата и сортировки частиц для создания так называемых оптико-жидкостных каналов «без стенок».
Туссент руководит лабораторией PROBE в Департаменте механических наук и инженерии в Иллинойсе. Помимо Туссента и Чена, соавторами исследования являются аспирант Цин Дин, бывший аспирант Абдул Бхуйя и Харли Т. Джонсон, профессор механики и инженерии в Иллинойсе.