Revolutionair metalens-ontwerp staat te replacement conventionele brekingslensen

Onderzoekers zijn uitgekomen met next-generation metalenses gemaakt van metalen nanopartikelen en een polymere. Het heeft de potentie om conventionele brekingslensen te vervangen om optoelektronische apparaten en draagbare imaging-systemen te realiseren.

Waaruit bestaat de metalens?

Het veelzijdige imaging-platform dat in deze studie ontwikkeld is, is gebaseerd op volledig herconfigureerbare metalenses van zilver-nanopartikelen. Het kan evolueren van een enkele focus-lens naar een multi-focale lens tijdens elke imaging-sessie, twee of meer afbeeldingen vormend op een gegeven programmeerbare 3D-locatie.

Referentie: ACS Nano | doi:10.1021/acsnano.9b00651 | Northwestern University

Om deze lenzen te maken, gebruikten onderzoekers een array van cylindrische zilver-nanopartikelen en een vel polymere gerangschikt in blokken bovenop de metaalarray. Men kan de rangschikking van deze blokken eenvoudig controleren, waardoor de array van nanopartikelen licht kan richten op elke doel-focuspunt(en) zonder de structuur van de nanopartikel te veranderen.

Roosterresonanties toegankelijke herconfigureerbare metalenses voor imaging | Met dank aan de onderzoekers

De bovenstaande figuur toont de metalens-architectuur gebaseerd op twee soorten fase-elementen gepatroneerd in een vierkante rooster: zilver-nanopartikelen blootgesteld aan lucht en identieke nanopartikelen bedekt door een dunne dielectrische blok.

Onderzoekers gebruikten een roosterevolutie-algoritme om oppervlakte-roosterresonantie-metalenses te ontwikkelen voor gerichte foci door de rangschikking van de twee bouwblokken te tunen via electrisch-velddata gemeten door finite difference time-domein simulaties. Figuur b toont dat de metalens herschikt kan worden door solvent-ondersteunde nanoschaal-vervorming (SANE).

Deze flexibele techniek stelt fabrikanten in staat om talloze lensstructuren in een enkele stap van wissen en schrijven te produceren, zonder de eigenschappen na meerdere wis-schrijf-cycli te degraderen. Het kan ook eerdere gevormde polymere in een ander doelpatroon herstructureren via zachte elastomere maskers.