Les technologies d'objectif ont progressé à toutes les échelles, des caméras numériques et de la bande passante élevée en fibre optique aux instruments de laboratoire LIGO. Maintenant, une nouvelle technologie de lentilles qui pourrait être produite à l'aide d'une technologie de puce informatique standard est en train d'émerger et pourrait remplacer les couches volumineuses et les géométries complexes des lentilles incurvées traditionnelles.

Verres plats, contrairement à leurs homologues traditionnels, sont relativement légers, à base de nanomatériaux optiques appelés métasurfaces. Lorsque les nanostructures sous-longueur d'onde d'une métasurface forment certains motifs répétés, ils imitent les courbures complexes qui réfractent la lumière, mais avec moins de volume et une meilleure capacité à focaliser la lumière avec une distorsion réduite. Cependant, la plupart de ces dispositifs nanostructurés sont statiques, ce qui limite leur fonctionnalité.

Federico Capasso, un physicien appliqué à l'Université de Harvard qui a été le pionnier de la technologie des métaux, et Daniel Lopez, chef de groupe de nanofabrication et dispositifs au Laboratoire national d'Argonne et un des premiers développeurs de systèmes microélectromécaniques (MEMS), réfléchi à l'ajout de capacités de mouvement telles que le balayage rapide et la direction du faisceau aux metalenses pour de nouvelles applications.

Capasso et Lopez ont développé un appareil qui intègre des métalenses à spectre moyen infrarouge sur MEMS. Les chercheurs rapportent leurs découvertes cette semaine dans Photonique APL , des éditions AIP.

MEMS est une technologie basée sur des circuits qui intègre la microélectronique, comme ceux que l'on trouve dans les puces informatiques, et comprend des microstructures mécaniques telles que des actionneurs et des engrenages. Omniprésent dans tout, des téléphones portables aux airbags, dispositifs de biodétection, appareils et optiques, Les MEMS sont fabriqués en utilisant les mêmes techniques que celles utilisées pour les circuits intégrés sur des puces informatiques typiques.

« L'intégration dense de milliers de dispositifs à lentille sur MEMS contrôlés individuellement sur une seule puce de silicium permettrait un degré sans précédent de contrôle et de manipulation du champ optique, ", a déclaré Lopez.

Les chercheurs ont formé la lentille de métasurface en utilisant des techniques de photolithographie standard sur une plaquette de silicium sur isolant avec une couche de dispositif supérieure de 2 microns d'épaisseur, une couche d'oxyde enterré de 200 nanomètres, et une couche de poignée de 600 microns d'épaisseur. Puis, ils ont placé la lentille plate sur un scanner MEMS, essentiellement un micromiroir qui dévie la lumière pour une modulation de la longueur du chemin optique à grande vitesse. Ils ont aligné la lentille avec la plate-forme centrale du MEMS et les ont fixées ensemble en déposant de petites plaques de platine.

« Notre prototype de lentille à métasurface intégrée à MEMS peut être contrôlé électriquement pour faire varier la rotation angulaire d'une lentille plate et peut balayer le point focal de plusieurs degrés, " dit Lopez. " De plus, cette intégration de preuve de concept de lentilles plates à base de métasurface avec des scanners MEMS peut être étendue au visible et à d'autres parties du spectre électromagnétique, impliquant le potentiel d'application dans des domaines plus larges, tels que les systèmes de microscope basés sur MEMS, imagerie holographique et projection, Scanners LIDAR (détection et télémétrie par la lumière) et impression laser."

En cas d'actionnement électrostatique, la plateforme MEMS contrôle l'angle de la lentille selon deux axes orthogonaux, permettant le balayage de la tache focale de la lentille plate d'environ 9 degrés dans chaque direction. Les chercheurs estiment que l'efficacité de focalisation est d'environ 85 %.

"De tels métalenses peuvent être produits en série avec la même technologie de fabrication de puces informatiques et à l'avenir, remplacera les lentilles conventionnelles dans un large éventail d'applications, ", a déclaré Capasso.