Questa immagine offre una vista ravvicinata di una lente piatta basata su metasuperficie (pezzo quadrato) integrata su uno scanner MEMS. L'integrazione di dispositivi MEMS con metalenses aiuterà a manipolare la luce nei sensori combinando i punti di forza del controllo dinamico ad alta velocità e la precisa manipolazione spaziale dei fronti d'onda. Questa immagine è stata scattata con un microscopio ottico presso il Center for Nanoscale Materials di Argonne. Credito:Laboratorio nazionale Argonne
I ricercatori hanno, per la prima volta, integrato due tecnologie ampiamente utilizzate in applicazioni come le comunicazioni ottiche, bio-imaging e sistemi di rilevamento e rilevamento della luce (LIDAR) che scansionano l'ambiente circostante di auto e camion a guida autonoma.
Nello sforzo di collaborazione tra l'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) e l'Università di Harvard, i ricercatori hanno realizzato con successo una lente basata sulla metasuperficie in cima a una piattaforma Micro-Electro-Mechanical System (MEMS). Il risultato è un nuovo sistema di focalizzazione della luce a infrarossi che combina le migliori caratteristiche di entrambe le tecnologie riducendo le dimensioni del sistema ottico.
Le metasuperfici possono essere strutturate su scala nanometrica per funzionare come lenti. Questi metalensi furono introdotti da Federico Capasso, Robert L. Wallace Professore di Fisica Applicata di Harvard, e il suo gruppo presso la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS). Le lenti stanno rapidamente trovando applicazioni perché sono molto più sottili e meno ingombranti delle lenti esistenti, e può essere realizzato con la stessa tecnologia utilizzata per fabbricare i chip dei computer. I MEMS, nel frattempo, sono piccoli dispositivi meccanici costituiti da minuscoli, specchi mobili.
"Questi dispositivi sono oggi fondamentali per molte tecnologie. Sono diventati tecnologicamente pervasivi e sono stati adottati per tutto, dall'attivazione degli airbag per automobili ai sistemi di posizionamento globale degli smartphone, " ha detto Daniel Lopez, Nanofabrication and Devices Group Leader presso il Center for Nanoscale Materials di Argonne, una struttura per gli utenti dell'Office of Science del DOE.
Lopez, Capasso e quattro coautori descrivono come hanno fabbricato e testato il loro nuovo dispositivo in un articolo su APL Photonics, intitolato "Lente metasuperficiale dinamica basata sulla tecnologia MEMS". Il dispositivo misura 900 micron di diametro e 10 micron di spessore (un capello umano ha uno spessore di circa 50 micron).
Il lavoro in corso della collaborazione per sviluppare ulteriormente nuove applicazioni per le due tecnologie è condotto presso il Center for Nanoscale Materials di Argonne, SEAS e l'Harvard Center for Nanoscale Systems, che fa parte della National Nanotechnology Coordinated Infrastructure.
In questa immagine, una lente piatta circolare basata su metasuperficie è stata integrata su uno scanner MEMS. L'integrazione di dispositivi MEMS con metalense combina la forza del controllo dinamico ad alta velocità con la precisa manipolazione spaziale dei fronti d'onda. Questa immagine è stata scattata con un microscopio elettronico a scansione presso il Center for Nanoscale Materials di Argonne. Credito:Laboratorio nazionale Argonne
Nel sistema ottico tecnologicamente integrato, Gli specchi MEMS riflettono la luce scansionata, che il metalens quindi mette a fuoco senza la necessità di un componente ottico aggiuntivo come una lente di messa a fuoco. La sfida che il team Argonne/Harvard ha superato è stata quella di integrare le due tecnologie senza compromettere le loro prestazioni.
L'obiettivo finale sarebbe quello di fabbricare tutti i componenti di un sistema ottico:i MEMS, la sorgente luminosa e l'ottica basata sulla metasuperficie, con la stessa tecnologia utilizzata oggi per produrre l'elettronica.
"Quindi, in linea di principio, i sistemi ottici potrebbero essere sottili come le carte di credito, " ha detto Lopez.
Questi dispositivi lens-on-MEMS potrebbero far progredire i sistemi LIDAR utilizzati per guidare le auto a guida autonoma. Sistemi LIDAR attuali, che cercano ostacoli nelle loro immediate vicinanze, sono, al contrario, parecchi piedi di diametro.
"Hai bisogno di specifiche, grande, lenti ingombranti, e hai bisogno di oggetti meccanici per spostarli, che è lento e costoso, " ha detto Lopez.
"Questa prima integrazione di successo di metalenses e MEMS, reso possibile dalle loro tecnologie altamente compatibili, porterà alta velocità e agilità ai sistemi ottici, oltre a funzionalità inedite, " disse Capasso.
