Linstekniken har avancerat i alla skalor, från digitalkameror och hög bandbredd i fiberoptik till LIGO -labbinstrumenten. Nu, en ny linsteknik som kan produceras med standard datortech-teknik växer fram och kan ersätta de skrymmande skikten och komplexa geometrierna hos traditionella böjda linser.

Flatlinser, till skillnad från sina traditionella motsvarigheter, är relativt lätta, baserat på optiska nanomaterial som kallas metasurfaces. När subvåglängds nanostrukturer av en metayta bildar vissa upprepade mönster, de härmar de komplexa krökningarna som bryter ljus, men med mindre bulk och en förbättrad förmåga att fokusera ljus med minskad distorsion. Dock, de flesta av dessa nanostrukturerade enheter är statiska, vilket begränsar deras funktionalitet.

Federico Capasso, en tillämpad fysiker vid Harvard University som var banbrytande inom metalens teknik, och Daniel Lopez, gruppledare för nanofabrikation och enheter vid Argonne National Laboratory och en tidig utvecklare av mikroelektromekaniska system (MEMS), brainstormade om att lägga till rörelsefunktioner som snabb skanning och strålstyrning till metalenses för nya applikationer.

Capasso och Lopez utvecklade en enhet som integrerar mellan-infrarött spektrummetallens i MEMS. Forskarna rapporterar sina fynd den här veckan i APL Photonics , från AIP Publishing.

MEMS är en kretsbaserad teknik som innehåller mikroelektronik, som de som finns i datorchips, och inkluderar mekaniska mikrostrukturer som ställdon och kugghjul. Allstädes närvarande i allt från mobiltelefoner till krockkuddar, biosensorer, apparater och optik, MEMS tillverkas med samma teknik som används för integrerade kretsar på typiska datorchips.

"Tät integration av tusentals individuellt styrda lins-på-MEMS-enheter på ett enda kiselchip skulle möjliggöra en oöverträffad grad av kontroll och manipulation av det optiska fältet, " sa Lopez.

Forskarna bildade metasytelinsen med hjälp av standardfotolitografitekniker på en kisel-på-isolatorskiva med ett 2 mikron tjockt övre enhetsskikt, ett 200-nanometer nedgrävt oxidskikt, och ett 600 mikron tjockt handtagskikt. Sedan, de placerade den platta linsen på en MEMS -skanner, i huvudsak en mikrospegel som avleder ljus för höghastighetsmodulering av optisk väglängd. De riktade linsen mot MEMS:s centrala plattform och fixerade dem genom att deponera små platinalappar.

"Vår MEMS-integrerade metasurface-linsprototyp kan styras elektriskt för att variera vinkelrotationen hos en platt lins och kan skanna fokuspunkten med flera grader, " sa Lopez. "Dessutom, denna proof-of-concept-integration av metasurface-baserade platta linser med MEMS-skannrar kan utökas till de synliga och andra delarna av det elektromagnetiska spektrumet, vilket innebär möjligheter för tillämpning på bredare områden, såsom MEMS-baserade mikroskopsystem, holografisk och projektionsavbildning, LIDAR (ljusdetektering och avstånd) skannrar och laserutskrift. "

Vid elektrostatiskt aktivering, MEMS-plattformen styr linsens vinkel längs två ortogonala axlar, tillåter avläsning av brännpunkten för den platta linsen med cirka 9 grader i varje riktning. Forskarna uppskattar att fokuseringseffektiviteten är cirka 85 procent.

"Sådana metalllinser kan massproduceras med samma teknik för tillverkning av datorchips och i framtiden, kommer att ersätta konventionella linser i ett brett spektrum av applikationer, sa Capasso.