Una colaboración de investigación multiinstitucional ha creado un enfoque novedoso para fabricar microópticas tridimensionales a través de la formación de silicio poroso (PSi) de forma definida, con amplios impactos en optoelectrónica integrada, imagen y fotovoltaica.

Trabajando con colegas de Stanford y The Dow Chemical Company, investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign fabricaron microópticas de índice de refracción de gradiente birrefringente 3-D (GRIN) grabando electroquímicamente microestructuras de Si preformadas, como columnas cuadradas, Estructuras de PSi con perfiles de índice de refracción definidos.

"La aparición y el crecimiento de la óptica de transformación durante la última década ha revitalizado el interés en utilizar la óptica GRIN para controlar la propagación de la luz, "explicó Paul Braun, el Profesor Ivan Racheff de Ciencia e Ingeniería de Materiales en Illinois. "En este trabajo, Hemos descubierto cómo acoplar la forma inicial de la microestructura de silicio y las condiciones de grabado para lograr un conjunto único de cualidades ópticas deseables. Por ejemplo, Estos elementos exhiben nuevas funciones ópticas dependientes de la polarización, incluyendo dividir y enfocar, expandiendo el uso de silicio poroso para una amplia gama de aplicaciones fotónicas integradas.

"La clave es que las propiedades ópticas son una función de la corriente de grabado, "Dijo Braun." Si cambias la corriente de grabado, cambia el índice de refracción. También pensamos que el hecho de que podamos crear las estructuras en silicio es importante, como el silicio es importante para la energía fotovoltaica, imagen y aplicaciones de óptica integrada.

"Nuestra demostración con un tridimensional, La plataforma de silicio definida litográficamente no solo mostró el poder de la óptica GRIN, pero también lo ilustró en un factor de forma prometedor y material para la integración dentro de los circuitos integrados fotónicos, "declaró Neil Krueger, ex estudiante de doctorado en el grupo de investigación de Braun y primer autor del artículo, "Microóptica de índice de refracción de gradiente de silicio poroso, "apareciendo en Nano letras .

"La verdadera novedad de nuestro trabajo es que lo estamos haciendo en un elemento óptico tridimensional, "agregó Krueger, quien se ha unido recientemente a Honeywell Aerospace como científico en tecnología avanzada. "Esto brinda un control adicional sobre el comportamiento de nuestras estructuras, dado que la luz sigue trayectorias ópticas curvilíneas en medios ópticamente no homogéneos como los elementos GRIN. La naturaleza birrefringente de estas estructuras es una ventaja adicional porque los efectos birrefringentes / GRIN acoplados brindan una oportunidad para un elemento GRIN para realizar distintos, operaciones selectivas de polarización ".

Según los investigadores, El PSi se estudió inicialmente debido a su luminiscencia visible a temperatura ambiente, pero más recientemente, como han demostrado este y otros informes, ha demostrado ser un material óptico versátil, ya que su porosidad a nanoescala (y por tanto su índice de refracción) puede modularse durante su fabricación electroquímica.

"La belleza de este proceso de fabricación 3D es que es rápido y escalable, ", comentó Weijun Zhou en Dow." A gran escala, Los componentes nanoestructurados de GRIN se pueden fabricar fácilmente para permitir una variedad de nuevas aplicaciones industriales, como imágenes avanzadas, microscopía, y modelado de vigas ".

"Debido a que el proceso de grabado permite la modulación del índice de refracción, este enfoque permite desacoplar el rendimiento óptico y la forma física del elemento óptico, "Braun agregó." Por lo tanto, por ejemplo, se puede formar una lente sin tener que ajustarse a la forma que pensamos para una lente, abriendo nuevas oportunidades en el diseño de ópticas de silicio integradas ".