Onderzoekers van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign hebben een vereenvoudigde benadering ontwikkeld voor het vervaardigen van platte, ultradunne optiek. De nieuwe aanpak maakt eenvoudig etsen mogelijk zonder het gebruik van zuren of gevaarlijke chemische etsmiddelen.

"Onze methode brengt ons dichter bij het realiseren van doe-het-zelf-optiek door de iteratiestappen van het ontwerp aanzienlijk te vereenvoudigen, " legde Kimani Toussaint uit, een universitair hoofddocent mechanische wetenschappen en techniek die het onderzoek leidde dat deze week werd gepubliceerd in Natuurcommunicatie . "Het proces omvat een nanogestructureerde sjabloon die kan worden gebruikt om veel verschillende soorten optische componenten te maken zonder dat u een cleanroom hoeft te betreden om een ​​nieuwe sjabloon te maken telkens wanneer een nieuwe optische component nodig is.

"In recente jaren, de drang om meer technologische innovatie en fundamentele wetenschappelijke en technische interesse van de breedste sectoren van de samenleving te stimuleren, heeft geholpen om de ontwikkeling van doe-het-zelf-componenten (doe-het-zelf) te versnellen, met name die met betrekking tot goedkope microcontrollerkaarten, " Toussaint merkte op. "Het vereenvoudigen en verminderen van de stappen tussen een basisontwerp en fabricage is de belangrijkste aantrekkingskracht van doe-het-zelfkits, maar meestal ten koste van de kwaliteit. We presenteren plasmon-geassisteerd etsen als een benadering om het doe-het-zelf-thema uit te breiden naar optica met slechts een bescheiden compromis in kwaliteit, specifiek, de tafelblad fabricage van vlakke optische componenten."

"Onze methode maakt gebruik van de intuïtieve ontwerpaspecten van diffractieve optica door middel van eenvoudige oppervlaktemodificatie, en de elektrische veldverbeterende eigenschappen van metalen nanoantennes, die typisch de bouwstenen zijn van meta-oppervlakken, " verklaarde Hao Chen, een voormalig postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Toussaint en eerste auteur van het artikel, "Naar doe-het-zelf vlakke optische componenten met behulp van plasmon-assisted etsing."

Volgens Chen, laserlicht scant de sjabloon - een 2D-array van door gouden pilaren ondersteunde vlinderdas-nanoantennes (met een oppervlakte van 80 x 80 vierkante micrometer) - die is ondergedompeld in water, in een gewenst patroon in een microscoop. De interactie tussen licht en materie, versterkt door de nanoantennes, produceert een sterk verwarmingseffect. Als resultaat, de goudlaag van de nanoantennes ondergaat thermische uitzetting die de hechting met hun glassubstraat tegenwerkt. Met een bepaalde hoeveelheid optisch vermogen, de kracht die wordt geleverd door thermische uitzetting zorgt ervoor dat de goudlaag loskomt van het substraat, het metaal etsen.

"Algemeen, de werkdruk in de cleanroom wordt sterk verminderd, " merkte Chen op. "Zodra de sjabloon klaar is, het is als een vel papier. Je kunt alle optische elementen die je nodig hebt 'tekenen' op een 'canvas' met behulp van een conventionele laser-scanning optische microscoop."

De studie toonde de fabricage aan van verschillende ultradunne (karakteristieke dimensie kleiner dan de optische golflengte), platte optische componenten met dezelfde sjabloon. De specifieke optische componenten die door de onderzoekers zijn vervaardigd, omvatten een platte focuslens (ook bekend als een Fresnel-zoneplaat) met een brandpuntsafstand van ~ 150 micrometer, een diffractierooster, en een holografische converter die impulsmoment geeft aan een standaard optische straal.

Volgens de onderzoekers is de PAE-methode en gespecialiseerde sjabloon kunnen ook worden gebruikt om preferentiële opvang en sortering van deeltjes mogelijk te maken, om zogenaamde optofluidische kanalen "zonder muren" te creëren.

Toussaint geeft leiding aan het PROBE-laboratorium van het Department of Mechanical Science and Engineering in Illinois. Naast Toussaint en Chen, studie co-auteurs zijn onder meer afgestudeerde student Qing Ding, voormalig afgestudeerde student Abdul Bhuiya, en Harley T. Johnson, een professor in mechanische wetenschappen en techniek in Illinois.