Les chercheurs ont développé de nouvelles microlentilles imprimées en 3D avec des indices de réfraction réglables, une propriété qui leur confère des capacités de focalisation de la lumière hautement spécialisées. Cette avancée est en passe d'améliorer l'imagerie, l'informatique et les communications en augmentant considérablement la capacité de routage des données des puces informatiques et d'autres systèmes optiques, les chercheurs ont dit.

L'étude a été dirigée par les chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, Paul Braun et Lynford Goddard, et est la première à démontrer la capacité d'ajuster la direction dans laquelle la lumière se plie et traverse une lentille avec une précision submicrométrique.

Les résultats de l'étude sont publiés dans la revue Lumière :Science et application .

"La possibilité de fabriquer des optiques avec différentes formes et paramètres optiques offre une solution aux problèmes courants rencontrés en optique, " dit Braun, qui est professeur de science et d'ingénierie des matériaux. "Par exemple, dans les applications d'imagerie, se concentrer sur un objet spécifique entraîne souvent des bords flous. Ou, dans les applications de transfert de données, des vitesses plus élevées sont souhaitées sans sacrifier l'espace sur une puce informatique. Notre nouvelle technique de fabrication de lentilles résout ces problèmes dans un seul appareil intégré."

A titre de démonstration, l'équipe a fabriqué trois lentilles :une lentille plate; la première lentille de Luneburg à lumière visible au monde, une lentille sphérique auparavant impossible à fabriquer avec des propriétés de focalisation uniques; et des guides d'ondes 3-D qui peuvent permettre des capacités de routage de données massives.

"Une lentille standard a un seul indice de réfraction et donc une seule voie que la lumière peut parcourir à travers la lentille, " dit Goddard, qui est professeur de génie électrique et informatique. "En contrôlant l'indice de réfraction interne et la forme de la lentille lors de la fabrication, nous avons deux manières indépendantes de courber la lumière à l'intérieur d'une seule lentille."

Dans le laboratoire, l'équipe utilise un processus appelé écriture laser directe pour créer les lentilles. Un laser solidifie les polymères liquides et forme de petites structures optiques géométriques jusqu'à 100 fois plus petites qu'un cheveu humain. L'écriture laser directe a été utilisée dans le passé pour créer d'autres microlentilles qui n'avaient qu'un seul indice de réfraction, les chercheurs ont dit.

« Nous avons résolu les limitations de l'indice de réfraction en imprimant à l'intérieur d'un matériau de support d'échafaudage nanoporeux, " a déclaré Braun. " L'échafaudage verrouille la micro-optique imprimée en place, permettant la fabrication d'un système 3-D avec des composants suspendus."

Les chercheurs pensent que ce contrôle de l'indice de réfraction est le résultat du processus de durcissement du polymère. "La quantité de polymère qui est piégée dans les pores est contrôlée par l'intensité du laser et les conditions d'exposition, " a déclaré Braun. " Bien que les propriétés optiques du polymère lui-même ne changent pas, l'indice de réfraction global du matériau est contrôlé en fonction de l'exposition au laser."

Les membres de l'équipe ont déclaré qu'ils s'attendaient à ce que leur méthode ait un impact significatif sur la fabrication de composants optiques complexes et de systèmes d'imagerie et qu'elle soit utile pour faire progresser l'informatique personnelle.

"Un bon exemple de l'application de ce développement sera son impact sur le transfert de données au sein d'un ordinateur personnel, " dit Goddard. " Les ordinateurs actuels utilisent des connexions électriques pour transmettre des données. Cependant, les données peuvent être envoyées à un débit nettement plus élevé à l'aide d'un guide d'ondes optique, car différentes couleurs de lumière peuvent être utilisées pour envoyer des données en parallèle. Un défi majeur est que les guides d'ondes conventionnels ne peuvent être fabriqués que dans un seul plan et donc un nombre limité de points sur la puce peut être connecté. En créant des guides d'ondes tridimensionnels, nous pouvons considérablement améliorer le routage des données, vitesse de transfert et efficacité énergétique."