Esta imagem oferece uma visão de perto de uma lente plana (peça quadrada) baseada em metassuperfície integrada em um scanner MEMS. A integração de dispositivos MEMS com metalenses ajudará a manipular a luz em sensores, combinando os pontos fortes do controle dinâmico de alta velocidade e a manipulação espacial precisa das frentes de onda. Esta imagem foi tirada com um microscópio óptico no Centro de Materiais em nanoescala de Argonne. Crédito:Laboratório Nacional de Argonne
Os pesquisadores têm, pela primeira vez, integrou duas tecnologias amplamente utilizadas em aplicações como comunicações ópticas, bioimagem e sistemas de detecção e alcance de luz (LIDAR) que examinam os arredores de carros e caminhões autônomos.
No esforço colaborativo entre o Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE) e a Universidade de Harvard, os pesquisadores criaram com sucesso uma lente baseada em metassuperfície sobre uma plataforma Micro-Electro-Mechanical System (MEMS). O resultado é um novo sistema de focagem de luz infravermelha que combina os melhores recursos de ambas as tecnologias enquanto reduz o tamanho do sistema óptico.
As metassuperfícies podem ser estruturadas em nanoescala para funcionar como lentes. Essas metalenses foram pioneiras por Federico Capasso, Robert L. Wallace, Professor de Física Aplicada de Harvard, e seu grupo na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard John A. Paulson (SEAS). As lentes estão encontrando aplicações rapidamente porque são muito mais finas e menos volumosas do que as lentes existentes, e pode ser feito com a mesma tecnologia usada para fabricar chips de computador. Os MEMSs, Enquanto isso, são pequenos dispositivos mecânicos que consistem em minúsculos, espelhos móveis.
"Esses dispositivos são fundamentais hoje para muitas tecnologias. Eles se tornaram tecnologicamente difundidos e foram adotados para tudo, desde a ativação de airbags de automóveis até os sistemas de posicionamento global de telefones inteligentes, "disse Daniel Lopez, Líder do Grupo de Nanofabricação e Dispositivos no Centro de Materiais em Nanoescala da Argonne, um DOE Office of Science User Facility.
Lopez, Capasso e quatro co-autores descrevem como fabricaram e testaram seu novo dispositivo em um artigo na APL Photonics, intitulado "Lente de meta-superfície dinâmica baseada na tecnologia MEMS." O dispositivo mede 900 mícrons de diâmetro e 10 mícrons de espessura (um fio de cabelo humano tem aproximadamente 50 mícrons de espessura).
O trabalho contínuo da colaboração para desenvolver novas aplicações para as duas tecnologias é conduzido no Centro de Materiais em nanoescala da Argonne, SEAS e o Harvard Center for Nanoscale Systems, que faz parte da Infraestrutura Coordenada de Nanotecnologia Nacional.
Nesta imagem, uma lente plana circular baseada em metassuperfície foi integrada a um scanner MEMS. A integração de dispositivos MEMS com metalenses combina a força do controle dinâmico de alta velocidade com a manipulação espacial precisa das frentes de onda. Esta imagem foi tirada com uma micrografia eletrônica de varredura no Centro de Materiais em nanoescala de Argonne. Crédito:Laboratório Nacional de Argonne
No sistema óptico tecnologicamente integrado, Os espelhos MEMS refletem a luz digitalizada, que o metalens então focaliza sem a necessidade de um componente óptico adicional, como uma lente de foco. O desafio que a equipe de Argonne / Harvard superou foi integrar as duas tecnologias sem prejudicar seu desempenho.
O objetivo final seria fabricar todos os componentes de um sistema óptico - os MEMS, a fonte de luz e a óptica baseada em metassuperfície - com a mesma tecnologia usada para fabricar eletrônicos hoje.
"Então, em princípio, sistemas ópticos podem ser tão finos quanto cartões de crédito, "Lopez disse.
Esses dispositivos de lente em MEMS podem avançar os sistemas LIDAR usados para guiar carros autônomos. Sistemas LIDAR atuais, que procuram obstáculos nas proximidades, são, por contraste, vários metros de diâmetro.
"Você precisa de algo específico, grande, lentes volumosas, e você precisa de objetos mecânicos para movê-los, que é lento e caro, "disse Lopez.
"Esta primeira integração bem-sucedida de metalenses e MEMS, possibilitado por suas tecnologias altamente compatíveis, trará alta velocidade e agilidade aos sistemas ópticos, bem como funcionalidades sem precedentes, "disse Capasso.
