Le tecnologie delle lenti sono avanzate su tutte le scale, dalle fotocamere digitali e ad alta larghezza di banda in fibra ottica agli strumenti di laboratorio LIGO. Ora, sta emergendo una nuova tecnologia di lenti che potrebbe essere prodotta utilizzando la tecnologia standard dei chip per computer e potrebbe sostituire gli strati ingombranti e le complesse geometrie delle tradizionali lenti curve.

lenti piatte, a differenza delle loro controparti tradizionali, sono relativamente leggeri, basati su nanomateriali ottici noti come metasuperfici. Quando le nanostrutture di lunghezza d'onda di una metasuperficie formano determinati schemi ripetuti, imitano le complesse curvature che rifrangono la luce, ma con meno ingombro e una migliore capacità di focalizzare la luce con una distorsione ridotta. Però, la maggior parte di questi dispositivi nanostrutturati sono statici, che ne limita la funzionalità.

Federico Capasso, un fisico applicato all'Università di Harvard che ha aperto la strada alla tecnologia dei metalli, e Daniele Lopez, capogruppo di nanofabbricazione e dispositivi presso l'Argonne National Laboratory e uno dei primi sviluppatori di sistemi microelettromeccanici (MEMS), ha riflettuto sull'aggiunta di funzionalità di movimento come la scansione rapida e lo sterzo del raggio ai metalenses per nuove applicazioni.

Capasso e Lopez hanno sviluppato un dispositivo che integra i metalenses dello spettro del medio infrarosso su MEMS. I ricercatori riportano i loro risultati questa settimana in Fotonica APL , da AIP Publishing.

MEMS è una tecnologia basata su circuiti che incorpora microelettronica, come quelli che si trovano nei chip dei computer, e include microstrutture meccaniche come attuatori e ingranaggi. Onnipresente in tutto, dai cellulari agli airbag, dispositivi di biorilevamento, elettrodomestici e ottica, I MEMS sono fabbricati utilizzando le stesse tecniche utilizzate per i circuiti integrati sui tipici chip dei computer.

"La densa integrazione di migliaia di dispositivi lens-on-MEMS controllati individualmente su un singolo chip di silicio consentirebbe un grado di controllo e manipolazione del campo ottico senza precedenti, " Disse Lopez.

I ricercatori hanno formato la lente della metasuperficie utilizzando tecniche di fotolitografia standard su un wafer di silicio su isolante con uno strato superiore del dispositivo spesso 2 micron, uno strato di ossido sepolto di 200 nanometri, e uno strato di manico spesso 600 micron. Quindi, hanno posizionato la lente piatta su uno scanner MEMS, essenzialmente un microspecchio che devia la luce per la modulazione della lunghezza del percorso ottico ad alta velocità. Hanno allineato la lente con la piattaforma centrale del MEMS e li hanno fissati insieme depositando piccoli cerotti di platino.

"Il nostro prototipo di obiettivo metasuperficiale integrato con MEMS può essere controllato elettricamente per variare la rotazione angolare di una lente piatta e può scansionare il punto focale di diversi gradi, " ha detto Lopez. "Inoltre, questa integrazione proof-of-concept di lenti piatte basate sulla metasuperficie con scanner MEMS può essere estesa al visibile e ad altre parti dello spettro elettromagnetico, implicando il potenziale per l'applicazione in campi più ampi, come i sistemi di microscopi basati su MEMS, imaging olografico e di proiezione, Scanner LIDAR (rilevamento e raggio di luce) e stampa laser."

Quando azionato elettrostaticamente, la piattaforma MEMS controlla l'angolo della lente lungo due assi ortogonali, consentendo la scansione del punto focale della lente piatta di circa 9 gradi in ciascuna direzione. I ricercatori stimano che l'efficienza della messa a fuoco sia di circa l'85%.

"Tali metalli possono essere prodotti in serie con la stessa tecnologia di fabbricazione di chip per computer e, in futuro, sostituirà gli obiettivi convenzionali in una vasta gamma di applicazioni, " ha detto Capasso.