Esta imagen ofrece una vista de cerca de una lente plana basada en metasuperficie (pieza cuadrada) integrada en un escáner MEMS. La integración de dispositivos MEMS con metalentes ayudará a manipular la luz en los sensores al combinar las fortalezas del control dinámico de alta velocidad y la manipulación espacial precisa de los frentes de onda. Esta imagen fue tomada con un microscopio óptico en el Centro de Materiales a Nanoescala de Argonne. Crédito:Laboratorio Nacional Argonne
Los investigadores tienen, por primera vez, Integrado dos tecnologías ampliamente utilizadas en aplicaciones tales como comunicaciones ópticas, Sistemas de bioimagen y detección de luz y rango (LIDAR) que escanean los alrededores de automóviles y camiones autónomos.
En el esfuerzo de colaboración entre el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) y la Universidad de Harvard, Los investigadores crearon con éxito una lente basada en metasuperficie sobre una plataforma de sistema microelectromecánico (MEMS). El resultado es un nuevo sistema de enfoque de luz infrarroja que combina las mejores características de ambas tecnologías al tiempo que reduce el tamaño del sistema óptico.
Las metauperficies se pueden estructurar a nanoescala para que funcionen como lentes. Estas metalentes fueron pioneras en Federico Capasso, Profesor Robert L. Wallace de Física Aplicada de Harvard, y su grupo en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS). Las lentes están encontrando aplicaciones rápidamente porque son mucho más delgadas y menos voluminosas que las lentes existentes. y puede fabricarse con la misma tecnología que se utiliza para fabricar chips de computadora. Los MEMS, mientras tanto, son pequeños dispositivos mecánicos que consisten en diminutos, espejos movibles.
"Estos dispositivos son clave hoy en día para muchas tecnologías. Se han vuelto tecnológicamente omnipresentes y se han adoptado para todo, desde la activación de las bolsas de aire de los automóviles hasta los sistemas de posicionamiento global de los teléfonos inteligentes, "dijo Daniel López, Líder del Grupo de Nanofabricación y Dispositivos en el Centro de Materiales a Nanoescala de Argonne, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE.
López, Capasso y cuatro coautores describen cómo fabricaron y probaron su nuevo dispositivo en un artículo de APL Photonics, titulado "Lente de metasuperficie dinámica basada en tecnología MEMS". El dispositivo mide 900 micrones de diámetro y 10 micrones de grosor (un cabello humano tiene aproximadamente 50 micrones de grosor).
El trabajo en curso de la colaboración para desarrollar aún más aplicaciones novedosas para las dos tecnologías se lleva a cabo en el Centro de Materiales a Nanoescala de Argonne, SEAS y el Centro de Harvard para Sistemas a Nanoescala, que forma parte de la Infraestructura Nacional Coordinada de Nanotecnología.
En esta imagen, Se ha integrado una lente plana circular basada en metasuperficie en un escáner MEMS. La integración de dispositivos MEMS con metalentes combina la fuerza del control dinámico de alta velocidad con la manipulación espacial precisa de los frentes de onda. Esta imagen fue tomada con una micrografía electrónica de barrido en el Centro de Materiales a Nanoescala de Argonne. Crédito:Laboratorio Nacional Argonne
En el sistema óptico tecnológicamente fusionado, Los espejos MEMS reflejan la luz escaneada, que el metalente luego enfoca sin la necesidad de un componente óptico adicional, como una lente de enfoque. El desafío que superó el equipo de Argonne / Harvard fue integrar las dos tecnologías sin perjudicar su rendimiento.
El objetivo final sería fabricar todos los componentes de un sistema óptico:los MEMS, la fuente de luz y la óptica basada en metasuperficie, con la misma tecnología que se utiliza para fabricar productos electrónicos en la actualidad.
"Luego, en principio, Los sistemas ópticos podrían fabricarse tan delgados como tarjetas de crédito, "Dijo López.
Estos dispositivos de lentes en MEMS podrían hacer avanzar los sistemas LIDAR utilizados para guiar a los automóviles autónomos. Sistemas LIDAR actuales, que buscan obstáculos en su proximidad inmediata, están, por el contrario, varios pies de diámetro.
"Necesita específicos, grande, lentes voluminosos, y necesitas objetos mecánicos para moverlos, que es lento y caro, "dijo López.
"Esta primera integración exitosa de metalentes y MEMS, posible gracias a sus tecnologías altamente compatibles, aportará alta velocidad y agilidad a los sistemas ópticos, así como funcionalidades sin precedentes, "dijo Capasso.
