Varför metalenses är på väg att revolutionera spåntillverkningen

SEM-bild (betraktningsvinkel lutad 30°) av 'U'-formade fokuserade metalens Metalens Med Artificiellt Fokusmönster

En av de mer fantastiska nya mikroenheterna vid horisonten är metalens. Den här omdesignen av den traditionella pastillformade linsen är en oblattunn platta av kiseldioxid med ett mönster av små diken uthuggna i ytan. Skytterna är ungefär lika stora som ljusets våglängd och påverkar fotonernas passage genom plattan, vilket bringar dem i fokus.

Det gör dessa plattor till platta linser. Men den verkliga fördelen är att de kan skäras på vanliga kiselchips och därmed göras på samma tillverkningslinjer.

Det är ett stort steg. Fram till nu har linser alltid tillverkats separat och sedan satts ihop till optiska komponenter. Att använda metalenses skulle göra det möjligt att tillverka enheter som kamerorna i smartphones mycket enklare och billigare. Metalenses kan till och med tillåta helt nya konstruktioner av optiska komponenter som optiska chips.

Nu avslöjar Mao Ye och kollegor vid University of Michigan ett annat trick: en uppsättning metallenses som fokuserar ljus till ett specifikt mönster snarare än till en punkt. Det får konsekvenser för spåntillverkare som använder ljus för att skära specifika mönster på ytan av en kiselplatta.

Den nya tekniken är i princip okomplicerad. Tanken är att ett speciellt mönster av skyttegravar för ljus till en specifik brännpunkt. Men forskarna lägger sedan till ytterligare ett mönster med en något annan brännpunkt som överlappar den första. Detta skapar en fokuslinje.

Att lägga till fler mönster med olika överlappande fokuspunkter ökar komplexiteten hos det resulterande mönstret. I princip är det möjligt att skapa vilket fokalmönster som helst.

Ni och co demonstrerar tekniken genom att skapa metallenses med ett fokalmönster i form av ett U och formen av ett M. Denna proof-of-princip demonstration visar hur linjer och kurvor kan kombineras för att skapa mer komplexa mönster. Vi har föreslagit och demonstrerat ett nytt tillvägagångssätt för att skapa metalenses som fokuserar ljus till ett artificiellt utformat mönster istället för en punkt, säger de.

Tekniken har ett brett spektrum av tillämpningar som involverar strålformning: för laserskärning, glödgning och selektiv kristallisering, till exempel. Men det är inom spåntillverkningen där tekniken lovar mest. På grund av den stora energitätheten som koncentreras på mönstret, kan metallenses av detta slag potentiellt appliceras på nästa generations nano-litografi med riktat mönster intryckt på linsen, säger Ye och co.

Det finns förbättringar kvar. Metalenses designade av Ye och co arbetar på en enda våglängd - i detta fall rött ljus med en våglängd på 685 nanometer.

Men andra grupper har designat metalenses som fokuserar ljus över ett antal våglängder. Att tillämpa samma tekniker här bör leda till metallenses med fokalmönster som fungerar för flera våglängder.

Det är intressant arbete som visar hur metalenses kommer att ha en betydande inverkan under de kommande månaderna och åren.

Ref: arxiv.org/abs/1906.10681 : Metalens med artificiellt fokusmönster

Dölj