Une collaboration de recherche multi-institutionnelle a créé une nouvelle approche pour la fabrication de micro-optiques tridimensionnelles grâce à la formation de forme définie de silicium poreux (PSi), avec de larges impacts dans l'optoélectronique intégrée, imagerie, et photovoltaïque.

En travaillant avec des collègues de Stanford et The Dow Chemical Company, des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign ont fabriqué des micro-optiques à gradient d'indice de réfraction biréfringent (GRIN) 3-D en gravant électrochimiquement des microstructures de Si préformées, comme des colonnes carrées, Structures PSi avec profils d'indice de réfraction définis.

"L'émergence et la croissance de l'optique de transformation au cours de la dernière décennie a ravivé l'intérêt pour l'utilisation de l'optique GRIN pour contrôler la propagation de la lumière, " a expliqué Paul Braun, le professeur Ivan Racheff de science et d'ingénierie des matériaux à l'Illinois. "Dans ce travail, nous avons découvert comment coupler la forme de départ de la microstructure de silicium et les conditions de gravure pour réaliser un ensemble unique de qualités optiques souhaitables. Par exemple, ces éléments présentent de nouvelles fonctions optiques dépendantes de la polarisation, y compris le fractionnement et la mise au point, étendre l'utilisation du silicium poreux pour une large gamme d'applications photoniques intégrées.

"La clé est que les propriétés optiques sont fonction du courant de gravure, " dit Braun. " Si vous changez le courant de gravure, vous modifiez l'indice de réfraction. Nous pensons aussi que le fait de pouvoir créer les structures en silicium est important, comme le silicium est important pour le photovoltaïque, imagerie, et les applications d'optique intégrée.

"Notre démonstration à l'aide d'un système tridimensionnel, La plate-forme de silicium définie par lithographie n'a pas seulement affiché la puissance de l'optique GRIN, mais il l'a aussi illustré dans un facteur de forme et un matériau prometteur pour l'intégration au sein des circuits intégrés photoniques, " a déclaré Neil Krueger, un ancien doctorant du groupe de recherche de Braun et premier auteur de l'article, "Micro-optique à gradient de silicium poreux à indice de réfraction, " apparaissant dans Lettres nano .

"La vraie nouveauté de notre travail est que nous le faisons dans un élément optique tridimensionnel, " a ajouté Krueger, qui a récemment rejoint Honeywell Aerospace en tant que scientifique en technologie de pointe. "Cela donne un contrôle supplémentaire sur le comportement de nos structures étant donné que la lumière suit des chemins optiques curvilignes dans des supports optiquement inhomogènes tels que les éléments GRIN. La nature biréfringente de ces structures est un avantage supplémentaire car les effets couplés biréfringent/GRIN offrent une opportunité pour un élément GRIN effectuer distinctement, opérations sélectives de polarisation."

Selon les chercheurs, Le PSi a été initialement étudié en raison de sa luminescence visible à température ambiante, mais plus récemment, comme ce rapport et d'autres l'ont montré, s'est avéré être un matériau optique polyvalent, car sa porosité nanométrique (et donc son indice de réfraction) peut être modulée lors de sa fabrication électrochimique.

"La beauté de ce processus de fabrication 3D est qu'il est rapide et évolutif, " a commenté Weijun Zhou chez Dow. " A grande échelle, Les composants GRIN nanostructurés peuvent être facilement fabriqués pour permettre une variété de nouvelles applications industrielles telles que l'imagerie avancée, microscopie, et la mise en forme du faisceau."

"Parce que le procédé de gravure permet de moduler l'indice de réfraction, cette approche permet de découpler les performances optiques et la forme physique de l'élément optique, " ajouta Braun. " Ainsi, par exemple, une lentille peut être formée sans avoir à se conformer à la forme que l'on pense pour une lentille, ouvrant de nouvelles opportunités dans la conception d'optiques intégrées au silicium."