211service.com
Waarom metalenses op het punt staan een revolutie teweeg te brengen in het maken van chips
SEM-beeld (kijkhoek 30 ° gekanteld) van de 'U'-vorm gerichte metalens Metalens met kunstmatig focuspatroon
Een van de meer verbazingwekkende nieuwe micro-apparaten aan de horizon is de metalens. Dit herontwerp van de traditionele ruitvormige lens is een flinterdunne plak siliciumdioxide met een patroon van kleine sleuven die in het oppervlak zijn uitgehouwen. De geulen zijn ongeveer even groot als de golflengte van het licht en beïnvloeden de doorgang van fotonen door de plaat, waardoor ze scherp worden.
Dat maakt van deze platen platte lenzen. Maar het echte voordeel is dat ze op gewone siliciumchips kunnen worden gesneden en dus op dezelfde fabricagelijnen kunnen worden gemaakt.
Dat is een grote stap. Tot nu toe werden lenzen altijd apart gemaakt en vervolgens geassembleerd tot optische componenten. Door metalenses te gebruiken, kunnen apparaten zoals de camera's in smartphones veel gemakkelijker en goedkoper worden gemaakt. Metalenses kunnen zelfs geheel nieuwe ontwerpen van optische componenten zoals optische chips toestaan.
Nu onthullen Mao Ye en collega's van de Universiteit van Michigan nog een truc: een reeks metalenses die licht in een specifiek patroon concentreren in plaats van in een punt. Dat heeft gevolgen voor chipmakers die licht gebruiken om specifieke patronen in het oppervlak van een siliciumplaat te kerven.
De nieuwe techniek is in principe eenvoudig. Het idee is dat een bepaald patroon van loopgraven licht naar een specifiek brandpunt brengt. Maar de onderzoekers voegen dan een ander patroon toe met een iets ander brandpunt dat het eerste overlapt. Hierdoor ontstaat een brandlijn.
Het toevoegen van meer patronen met verschillende overlappende brandpunten verhoogt de complexiteit van het resulterende patroon. In principe is het mogelijk om elk brandpuntspatroon te creëren.
Ye en co demonstreren de techniek door metalenses te maken met een brandpuntspatroon in de vorm van een U en de vorm van een M. Deze proof-of-principle-demonstratie laat zien hoe lijnen en curven kunnen worden gecombineerd om complexere patronen te creëren. We hebben een nieuwe benadering voorgesteld en gedemonstreerd om metalenses te maken die licht richten op een kunstmatig ontworpen patroon in plaats van op een punt, zeggen ze.
De techniek kent een breed scala aan toepassingen waarbij bundelvorming betrokken is: bijvoorbeeld voor lasersnijden, uitgloeien en selectieve kristallisatie. Maar het is in de chipfabricage waar de techniek het meest veelbelovend is. Vanwege de grote energiedichtheid die zich concentreert op het patroon, kunnen dergelijke metalenses mogelijk worden toegepast op nanolithografie van de volgende generatie met een gericht patroon dat op de lens is afgedrukt, zeggen Ye en co.
Er moeten nog verbeteringen komen. De metalenses ontworpen door Ye en co werken op één golflengte - in dit geval rood licht met een golflengte van 685 nanometer.
Maar andere groepen hebben metalenses ontworpen die licht over een reeks golflengten focussen. Het toepassen van dezelfde technieken hier zou moeten leiden tot metalenses met focale patronen die voor meerdere golflengten werken.
Dat is interessant werk dat laat zien hoe metalenses de komende maanden en jaren een aanzienlijke impact zullen hebben.
Referentie: arxiv.org/abs/1906.10681 : Metalens met kunstmatig focuspatroon