Den här bilden ger en närbild av en meta-ytbaserad platt lins (kvadratisk bit) integrerad på en MEMS-skanner. Integrering av MEMS-enheter med metalllinser hjälper till att manipulera ljus i sensorer genom att kombinera styrkorna med höghastighetsdynamisk kontroll och exakt rumslig manipulation av vågfronter. Den här bilden togs med ett optiskt mikroskop vid Argonnes Center for Nanoscale Materials. Upphovsman:Argonne National Laboratory
Forskare har, för första gången, integrerad två tekniker som ofta används i applikationer som optisk kommunikation, bio-imaging och Light Detection and Ranging (LIDAR) system som skannar omgivningen för självkörande bilar och lastbilar.
I samarbetet mellan U.S. Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory och Harvard University, forskare skapade framgångsrikt ett meta-ytbaserat objektiv ovanpå en Micro-Electro-Mechanical System (MEMS) plattform. Resultatet är ett nytt infrarött ljusfokuseringssystem som kombinerar de bästa funktionerna i båda teknikerna samtidigt som det optiska systemets storlek reduceras.
Metasurfaces kan struktureras på nanoskala för att fungera som linser. Dessa metalenses var föregångare av Federico Capasso, Harvards Robert L. Wallace professor i tillämpad fysik, och hans grupp vid Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS). Linserna hittar snabbt applikationer eftersom de är mycket tunnare och mindre skrymmande än befintliga linser, och kan tillverkas med samma teknik som används för att tillverka datorchips. MEMS:erna, under tiden, är små mekaniska enheter som består av små, rörliga speglar.
"Dessa enheter är nyckeln idag för många tekniker. De har blivit tekniskt genomträngande och har använts för allt från att aktivera bilkrockkuddar till de globala positioneringssystemen för smarta telefoner, "sa Daniel Lopez, Gruppledare för Nanofabrication and Devices vid Argonnes Center for Nanoscale Materials, en DOE Office of Science User Facility.
Lopez, Capasso och fyra medförfattare beskriver hur de tillverkade och testade sin nya enhet i en artikel i APL Photonics, med titeln "Dynamisk metasurlins baserad på MEMS -teknik." Enheten mäter 900 mikron i diameter och 10 mikron i tjocklek (ett människohår är cirka 50 mikron tjockt).
Samarbetets pågående arbete med att vidareutveckla nya applikationer för de två teknikerna genomförs på Argonnes Center for Nanoscale Materials, SEAS och Harvard Center for Nanoscale Systems, som är en del av National Nanotechnology Coordinated Infrastructure.
I den här bilden, en cirkulär meta-ytbaserad platt lins har integrerats i en MEMS-skanner. Integration av MEMS-enheter med metalenses kombinerar styrkan i höghastighetsdynamisk kontroll med exakt rumslig manipulation av vågfronter. Den här bilden togs med en skanningelektronmikrograf vid Argonnes Center for Nanoscale Materials. Upphovsman:Argonne National Laboratory
I det tekniskt sammanslagna optiska systemet, MEMS -speglar reflekterar skannat ljus, som metallerna sedan fokuserar utan att behöva ytterligare en optisk komponent, såsom en fokuseringslins. Utmaningen som Argonne/Harvard -teamet övervann var att integrera de två teknikerna utan att skada deras prestanda.
Det slutliga målet skulle vara att tillverka alla komponenter i ett optiskt system - MEMS, ljuskällan och meta-ytbaserad optik-med samma teknik som används för att tillverka elektronik idag.
"Sedan, i princip, optiska system kan göras så tunna som kreditkort, "Sa Lopez.
Dessa lins-på-MEMS-enheter kan avancera LIDAR-systemen som används för att styra självkörande bilar. Nuvarande LIDAR -system, som söker efter hinder i deras omedelbara närhet, är, däremot, flera fot i diameter.
"Du behöver specifika, stor, skrymmande linser, och du behöver mekaniska föremål för att flytta runt dem, vilket är långsamt och dyrt, sa Lopez.
"Denna första framgångsrika integration av metalenses och MEMS, möjliggjorts av deras mycket kompatibla teknik, kommer att ge hög hastighet och smidighet till optiska system, liksom oöverträffade funktioner, sa Capasso.
