I ricercatori dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign hanno sviluppato un approccio semplificato alla fabbricazione di piatti, ottica ultrasottile. Il nuovo approccio consente una semplice incisione senza l'uso di acidi o agenti chimici pericolosi.

"Il nostro metodo ci avvicina a rendere l'ottica fai-da-te una realtà semplificando notevolmente i passaggi di iterazione del design, " ha spiegato Kimani Toussaint, un professore associato di scienze meccaniche e ingegneria che ha guidato la ricerca pubblicata questa settimana in Comunicazioni sulla natura . "Il processo incorpora un modello nanostrutturato che può essere utilizzato per creare molti tipi diversi di componenti ottici senza la necessità di entrare in una camera bianca per creare un nuovo modello ogni volta che è necessario un nuovo componente ottico.

"Negli ultimi anni, la spinta a promuovere una maggiore innovazione tecnologica e l'interesse scientifico e ingegneristico di base da parte dei più ampi settori della società ha contribuito ad accelerare lo sviluppo di componenti fai-da-te (fai da te), in particolare quelli relativi a schede a microcontrollore a basso costo, " Ha osservato Toussaint. "Semplificare e ridurre i passaggi tra un design di base e la fabbricazione è l'attrazione principale dei kit fai-da-te, ma in genere a scapito della qualità. Presentiamo l'incisione assistita da plasmoni come approccio per estendere il tema del fai da te all'ottica con un modesto compromesso in termini di qualità, nello specifico, la fabbricazione da tavolo di componenti ottici planari."

"Il nostro metodo utilizza gli aspetti di progettazione intuitivi dell'ottica diffrattiva mediante una semplice modifica della superficie, e le proprietà di potenziamento del campo elettrico delle nanoantenne metalliche, che sono tipicamente gli elementi costitutivi delle metasuperfici, "dichiarò Hao Chen, un ex ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Toussaint e primo autore dell'articolo, "Verso componenti ottici planari fai-da-te utilizzando l'incisione assistita da plasmoni".

Secondo Chen, la luce laser scansiona il modello, una matrice 2D di nanoantenne a farfalla supportate da pilastri dorati (con un'area di 80 x 80 micrometri quadrati), che è immerso nell'acqua, in un modello desiderato in un microscopio. L'interazione luce-materia, potenziato dalle nanoantenne, produce un forte effetto riscaldante. Di conseguenza, lo strato d'oro delle nanoantenne subisce una dilatazione termica che contrasta la sua adesione con il loro substrato di vetro. Con una certa quantità di potenza ottica, la forza fornita dall'espansione termica consente allo strato d'oro di staccarsi dal substrato, incidere il metallo.

"Globale, il carico di lavoro in camera bianca è notevolmente ridotto, " osservò Chen. "Una volta che il modello è pronto, è come un foglio di carta. Puoi "disegnare" tutti gli elementi ottici di cui hai bisogno su una "tela" utilizzando un microscopio ottico a scansione laser convenzionale".

Lo studio ha dimostrato la fabbricazione di vari ultrasottili (dimensione caratteristica inferiore alla lunghezza d'onda ottica), componenti ottici piatti utilizzando la stessa dima. I componenti ottici specifici fabbricati dai ricercatori includevano una lente di messa a fuoco piatta (nota anche come piastra a zona di Fresnel) con una lunghezza focale di ~ 150 micrometri, un reticolo di diffrazione, e un convertitore olografico che impartisce momento angolare a un raggio ottico standard.

Secondo i ricercatori, il metodo PAE e il modello specializzato potrebbero anche essere utilizzati per consentire l'intrappolamento e lo smistamento preferenziali delle particelle, creare i cosiddetti canali optofluidici "senza pareti".

Toussaint dirige il laboratorio PROBE nel Dipartimento di Scienze e Ingegneria Meccanica dell'Illinois. Oltre a Toussaint e Chen, i coautori dello studio includono lo studente laureato Qing Ding, ex studente laureato Abdul Bhuiya, e Harley T. Johnson, un professore di scienze meccaniche e ingegneria all'Illinois.