Onderzoekers hebben, Voor de eerste keer, twee technologieën geïntegreerd die veel worden gebruikt in toepassingen zoals optische communicatie, bio-imaging en Light Detection and Ranging (LIDAR)-systemen die de omgeving van zelfrijdende auto's en vrachtwagens scannen.

In de samenwerking tussen het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) en de Harvard University, onderzoekers hebben met succes een metasurface-gebaseerde lens gemaakt bovenop een Micro-Electro-Mechanical System (MEMS) -platform. Het resultaat is een nieuw focussysteem voor infrarood licht dat de beste eigenschappen van beide technologieën combineert en tegelijkertijd de afmetingen van het optische systeem verkleint.

Meta-oppervlakken kunnen op nanoschaal worden gestructureerd om als lenzen te werken. Deze metalenses werden ontwikkeld door Federico Capasso, Harvard's Robert L. Wallace hoogleraar toegepaste natuurkunde, en zijn groep aan de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS). De lenzen vinden snel toepassingen omdat ze veel dunner en minder omvangrijk zijn dan bestaande lenzen, en kan worden gemaakt met dezelfde technologie die wordt gebruikt om computerchips te fabriceren. De MEMS'en, In de tussentijd, zijn kleine mechanische apparaten die bestaan ​​uit kleine, beweegbare spiegels.

"Deze apparaten zijn tegenwoordig de sleutel voor veel technologieën. Ze zijn technologisch alomtegenwoordig geworden en zijn gebruikt voor alles, van het activeren van auto-airbags tot de wereldwijde positioneringssystemen van smartphones, " zei Daniël Lopez, Groepsleider nanofabricage en apparaten bij Argonne's Center for Nanoscale Materials, een DOE Office of Science gebruikersfaciliteit.

Lopez, Capasso en vier co-auteurs beschrijven hoe ze hun nieuwe apparaat hebben gefabriceerd en getest in een artikel in APL Photonics, getiteld "Dynamische metasurface-lens op basis van MEMS-technologie." Het apparaat heeft een diameter van 900 micron en een dikte van 10 micron (een mensenhaar is ongeveer 50 micron dik).

Het lopende werk van de samenwerking om nieuwe toepassingen voor de twee technologieën verder te ontwikkelen, wordt uitgevoerd in Argonne's Center for Nanoscale Materials, SEAS en het Harvard Center for Nanoscale Systems, dat deel uitmaakt van de National Nanotechnology Coordinated Infrastructure.

In het technologisch samengevoegde optische systeem, MEMS-spiegels reflecteren gescand licht, die de metalens vervolgens scherpstelt zonder dat een extra optische component zoals een focuslens nodig is. De uitdaging die het team van Argonne/Harvard overwon, was om de twee technologieën te integreren zonder hun prestaties te schaden.

Het uiteindelijke doel zou zijn om alle componenten van een optisch systeem te fabriceren - de MEMS, de lichtbron en de op het metaoppervlak gebaseerde optica - met dezelfde technologie die tegenwoordig wordt gebruikt om elektronica te vervaardigen.

"Vervolgens, in principe, optische systemen kunnen zo dun worden gemaakt als creditcards, ' zei Lopez.

Deze lens-op-MEMS-apparaten zouden de LIDAR-systemen kunnen verbeteren die worden gebruikt om zelfrijdende auto's te geleiden. Huidige LIDAR-systemen, die zoeken naar obstakels in hun directe nabijheid, zijn, daarentegen, enkele meters in doorsnee.

"Je hebt specifieke, groot, omvangrijke lenzen, en je hebt mechanische voorwerpen nodig om ze te verplaatsen, die traag en duur is, ' zei Lopez.

"Deze eerste succesvolle integratie van metalenses en MEMS, mogelijk gemaakt door hun zeer compatibele technologieën, zal hoge snelheid en wendbaarheid aan optische systemen brengen, evenals ongekende functionaliteiten, ' zei Capasso.