將超表面透鏡和MEMS技術(shù)相結(jié)合，或能為光學(xué)系統(tǒng)帶來高速掃描和增強(qiáng)的聚焦能力。
集成在MEMS掃描器上的基于超表面技術(shù)的平面透鏡(超級(jí)透鏡)，左圖為掃描電鏡圖片，右圖為光學(xué)顯微成像圖片。在MEMS器件上集成超級(jí)透鏡，將有助于整合高速動(dòng)態(tài)控制和精確波陣面空間控制優(yōu)勢(shì)，打造光控制新模型
目前，透鏡技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，從數(shù)碼相機(jī)到高帶寬光纖，再到激光干涉儀引力波天文臺(tái)LIGO的儀器設(shè)備等?，F(xiàn)在，利用標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)芯片制造技術(shù)開發(fā)出了一種新的透鏡技術(shù)，或?qū)⑻娲鷤鹘y(tǒng)曲面透鏡復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)和幾何結(jié)構(gòu)。
與傳統(tǒng)曲面透鏡不同，基于超表面光學(xué)納米材料的平面透鏡相對(duì)更輕。當(dāng)超表面亞波長(zhǎng)納米結(jié)構(gòu)形成某種重復(fù)圖紋時(shí)，它們便可以模仿能夠折射光線的復(fù)雜曲度，但是體積更小，聚光能力更強(qiáng)，同時(shí)還能減少失真。不過，大部分這種納米結(jié)構(gòu)器件都是靜態(tài)的，功能性有限。
據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，超級(jí)透鏡技術(shù)開拓者——美國(guó)哈佛大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)家FedericoCapasso，和MEMS技術(shù)早期開發(fā)者——美國(guó)阿爾貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室納米制造和器件小組負(fù)責(zé)人DanielLopez，他們倆來了一番頭腦風(fēng)暴，為超級(jí)透鏡增加了運(yùn)動(dòng)控制能力，例如快速掃描和光束控制能力，或?qū)㈤_辟超級(jí)透鏡新應(yīng)用。
Capasso和Lopez聯(lián)手開發(fā)了一款器件，在MEMS上集成了中紅外光譜超級(jí)透鏡。他們將該研究成果發(fā)表在了本周的《APLPhotonics》期刊上。
MEMS是一種結(jié)合微電子和微機(jī)械的半導(dǎo)體技術(shù)，在計(jì)算機(jī)和智能手機(jī)中可以找到，包括傳感器、執(zhí)行器和微齒輪等機(jī)械微結(jié)構(gòu)。MEMS現(xiàn)在幾乎無處不在，從智能手機(jī)到汽車安全氣囊、生物傳感器件以及光學(xué)器件等，MEMS可以借助典型計(jì)算機(jī)芯片中的半導(dǎo)體技術(shù)完成制造。
Lopez說：“在一個(gè)硅芯片上高密度集成數(shù)千個(gè)獨(dú)立控制的MEMS透鏡器件，可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)領(lǐng)域前所未有的光控制和操作。”
研究人員在一塊SOI絕緣體上硅(2微米頂部器件層、200納米掩埋氧化層以及600微米襯底層)上，采用標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)制造了這款超表面透鏡。然后，他們將這款平面透鏡與一個(gè)MEMS掃描器(本質(zhì)上是一個(gè)偏轉(zhuǎn)光線用于高速光路長(zhǎng)度調(diào)制的微鏡)的中心平臺(tái)對(duì)齊，通過沉積微小鉑片將它們固定在一起，最終將該平面透鏡裝配在MEMS掃描器上。
“我們這款集成超表面透鏡的MEMS原型器件，可以通過電控制改變平面透鏡的旋轉(zhuǎn)角度，在幾度范圍內(nèi)進(jìn)行焦點(diǎn)掃描，”Lopez介紹說，“此外，這款集成超表面平面透鏡的MEMS掃描器概念驗(yàn)證產(chǎn)品，還可以擴(kuò)展至可見光及其它光譜范圍，開拓更廣泛的潛在應(yīng)用，例如基于MEMS的顯微系統(tǒng)、全息和投影成像、LiDAR(激光雷達(dá))掃描器和激光打印等。”
在靜電驅(qū)動(dòng)情況下，其MEMS平臺(tái)可控制兩個(gè)正交軸方向的透鏡運(yùn)動(dòng)角度，使平面透鏡在每個(gè)方向約9度范圍內(nèi)進(jìn)行焦點(diǎn)掃描。研究人員估計(jì)，其聚焦效率約為85%。
“這種超級(jí)透鏡在未來可以利用半導(dǎo)體技術(shù)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，或?qū)⒃趶V泛的應(yīng)用領(lǐng)域替代傳統(tǒng)型透鏡，”Capasso補(bǔ)充說。
