Des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign ont mis au point une approche simplifiée de la fabrication d'appartements, optique ultra-mince. La nouvelle approche permet une gravure simple sans l'utilisation d'acides ou d'agents de gravure chimiques dangereux.

"Notre méthode nous rapproche de la réalisation de l'optique à faire soi-même en simplifiant grandement les étapes d'itération de conception, " a expliqué Kimani Toussaint, un professeur agrégé de sciences mécaniques et d'ingénierie qui a dirigé la recherche publiée cette semaine dans Communication Nature . « Le processus intègre un modèle nanostructuré qui peut être utilisé pour créer de nombreux types différents de composants optiques sans avoir besoin d'aller dans une salle blanche pour créer un nouveau modèle chaque fois qu'un nouveau composant optique est nécessaire.

"Dans les années récentes, la poussée pour favoriser l'innovation technologique accrue et l'intérêt scientifique et technique de base des secteurs les plus larges de la société a contribué à accélérer le développement de composants de bricolage (bricolage), notamment celles liées aux cartes microcontrôleurs à bas prix, " a fait remarquer Toussaint. " Simplifier et réduire les étapes entre une conception de base et la fabrication est le principal attrait des kits de bricolage, mais généralement au détriment de la qualité. Nous présentons la gravure assistée par plasmon comme une approche pour étendre le thème du bricolage à l'optique avec seulement un compromis modeste de qualité, Plus précisément, la fabrication sur table de composants optiques planaires."

"Notre méthode utilise les aspects de conception intuitifs de l'optique diffractive par le biais d'une simple modification de surface, et les propriétés d'amélioration du champ électrique des nanoantennes métalliques, qui sont généralement les éléments constitutifs des métasurfaces, " a déclaré Hao Chen, un ancien chercheur postdoctoral au laboratoire de Toussaint et premier auteur de l'article, "Vers des composants optiques planaires à faire soi-même utilisant la gravure assistée par plasmon."

Selon Chen, la lumière laser scanne le modèle - un réseau 2D de nanoantennes en nœud papillon supportées par des piliers en or (avec une superficie de 80 x 80 micromètres carrés) - qui est immergé dans l'eau, dans un modèle souhaité dans un microscope. L'interaction lumière-matière, renforcée par les nanoantennes, produit un fort effet chauffant. Par conséquent, la couche d'or des nanoantennes subit une dilatation thermique qui s'oppose à son adhésion avec leur substrat de verre. Avec une certaine quantité de puissance optique, la force fournie par la dilatation thermique permet à la couche d'or de se détacher du substrat, gravure du métal.

"Globalement, la charge de travail en salle blanche est fortement réduite, " a noté Chen. " Une fois le modèle prêt, c'est comme une feuille de papier. Vous pouvez « dessiner » tous les éléments optiques dont vous avez besoin sur une « toile » à l'aide d'un microscope optique à balayage laser conventionnel. »

L'étude a démontré la fabrication de divers ultra-minces (dimension caractéristique inférieure à la longueur d'onde optique), composants optiques plats utilisant le même gabarit. Les composants optiques spécifiques fabriqués par les chercheurs comprenaient une lentille de focalisation plate (également connue sous le nom de plaque de zone de Fresnel) avec une distance focale d'environ 150 micromètres, un réseau de diffraction, et un convertisseur holographique qui communique un moment angulaire à un faisceau optique standard.

Selon les chercheurs, la méthode PAE et le modèle spécialisé pourraient également être utilisés pour permettre le piégeage et le tri préférentiel des particules, pour créer des canaux dits optofluidiques "sans murs".

Toussaint dirige le laboratoire PROBE du Département des sciences et de l'ingénierie mécaniques de l'Illinois. En plus de Toussaint et Chen, les co-auteurs de l'étude incluent l'étudiant diplômé Qing Ding, ancien étudiant diplômé Abdul Bhuiya, et Harley T. Johnson, professeur de sciences mécaniques et d'ingénierie à l'Illinois.