Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han desarrollado un enfoque simplificado para fabricar planos, Óptica ultradelgada. El nuevo enfoque permite un grabado sencillo sin el uso de ácidos o agentes de grabado químicos peligrosos.

"Nuestro método nos acerca a hacer realidad la óptica de bricolaje al simplificar en gran medida los pasos de iteración del diseño, "explicó Kimani Toussaint, un profesor asociado de ciencia mecánica e ingeniería que dirigió la investigación publicada esta semana en Comunicaciones de la naturaleza . "El proceso incorpora una plantilla nanoestructurada que se puede utilizar para crear muchos tipos diferentes de componentes ópticos sin la necesidad de ir a una sala limpia para hacer una nueva plantilla cada vez que se necesita un nuevo componente óptico.

"En años recientes, el impulso para fomentar una mayor innovación tecnológica y el interés científico y de la ingeniería básicos de los sectores más amplios de la sociedad ha ayudado a acelerar el desarrollo de componentes de bricolaje (bricolaje), particularmente aquellos relacionados con placas de microcontroladores de bajo costo, ", Comentó Toussaint." Simplificar y reducir los pasos entre un diseño básico y la fabricación es el principal atractivo de los kits de bricolaje, pero normalmente a expensas de la calidad. Presentamos el grabado asistido por plasmón como un enfoque para extender el tema de bricolaje a la óptica con solo una modesta compensación en calidad, específicamente, la fabricación de sobremesa de componentes ópticos planos ".

"Nuestro método utiliza los aspectos de diseño intuitivo de la óptica difractiva mediante una simple modificación de la superficie, y las propiedades de mejora del campo eléctrico de las nanoantenas metálicas, que suelen ser los componentes básicos de las metasuperficies, "declaró Hao Chen, ex investigador postdoctoral en el laboratorio de Toussaint y primer autor del artículo, "Hacia componentes ópticos planos de bricolaje utilizando grabado asistido por plasmón".

Según Chen, la luz láser escanea la plantilla, una matriz 2D de nanoantenas de pajarita de oro soportadas por pilares (con un área de 80 x 80 micrómetros cuadrados), que está sumergida en agua, en un patrón deseado en un microscopio. La interacción luz-materia, mejorado por las nanoantenas, produce un fuerte efecto de calentamiento. Como resultado, la capa de oro de las nanoantenas sufre una expansión térmica que actúa en contra de su adhesión con su sustrato de vidrio. Con cierta cantidad de potencia óptica, la fuerza proporcionada por la expansión térmica permite que la capa de oro se desprenda del sustrato, grabar el metal.

"En general, la carga de trabajo en la sala limpia se reduce considerablemente, "Chen anotó." Una vez que la plantilla esté lista, es como una hoja de papel. Puede 'dibujar' todos los elementos ópticos que necesita en un 'lienzo' utilizando un microscopio óptico de barrido láser convencional ".

El estudio demostró la fabricación de varios ultrafinos (dimensión característica menor que la longitud de onda óptica), componentes ópticos planos utilizando la misma plantilla. Los componentes ópticos específicos fabricados por los investigadores incluían una lente de enfoque plana (también conocida como placa de zona de Fresnel) con una distancia focal de ~ 150 micrómetros, una rejilla de difracción, y un convertidor holográfico que imparte momento angular a un haz óptico estándar.

Según los investigadores, el método PAE y la plantilla especializada también podrían usarse para permitir la captura y clasificación preferencial de partículas, para crear los llamados canales optofluídicos "sin paredes".

Toussaint dirige el laboratorio PROBE en el Departamento de Ciencia e Ingeniería Mecánica en Illinois. Además de Toussaint y Chen, los coautores del estudio incluyen al estudiante graduado Qing Ding, ex estudiante de posgrado Abdul Bhuiya, y Harley T. Johnson, profesor de ciencias mecánicas e ingeniería en Illinois.