伊(yī)利諾伊(yī)大學香檳分(fèn)校的研究人員已經開發出一種簡(jiǎn)單的方法,用來製造(zào)超薄光學平板。新(xīn)方法利用簡單的腐(fǔ)蝕,而無需使用酸或危(wēi)險的(de)化學蝕刻劑(jì)。
“我(wǒ)們使用極大地簡(jiǎn)化了的設計迭代(dài)步驟(zhòu)的方法,讓我們自己動(dòng)手製作光學器(qì)件成為現實,”基馬尼·圖(tú)森特解(jiě)釋說道,他是機械科學(xué)與工程學的副教授,這項發表在本周《自然通訊》Nature Communications雜誌上的研究就是在他的帶領(lǐng)下完成的(de)。 “這種過程結合納米結構的模板,可用於創建許多(duō)不同類型(xíng)的光(guāng)學部(bù)件,而在每次製作新的光學(xué)部件時無需進入一個潔淨室製作新的模板(bǎn)。
“近年來,由(yóu)於在科(kē)技創(chuàng)新和社會廣泛的基礎科學和工程興趣(qù)的推動促進下,幫助了自(zì)己(jǐ)動手組建開發(DIY)的加(jiā)快發(fā)展,尤其是低成本的微控製器板,”杜桑提到。 “簡化和減(jiǎn)少基本的設計和製造的(de)步(bù)驟是DIY的主要吸(xī)引力,但通常是以質量為代價的。我們提(tí)出等離子體輔助的蝕(shí)刻作為一種擴展DIY的主題延伸到光學上的方法,而隻用有適度的質量折損,具體地講,這將會實現平麵的光學部件的(de)桌麵式製造。”

“我們的方法是通過簡單(dān)的改變表麵的方法,以及金屬(shǔ)納米天線的電(diàn)場增強的性能,使用衍射光學元(yuán)件的進行直觀的設計(jì),這是典型的表麵元的搭積木方式,”陳浩(hào)說,他之前是圖(tú)森特實驗室的博士(shì)後研究(jiū)員和(hé)並且是論文的第一作者,“針對自己動手開發的平麵光學部件,用等離子進行輔助蝕刻。”
根據陳浩的觀點,利用激光掃描模板,一個有金支柱支(zhī)持(chí)的領結型納(nà)米天線(xiàn)2D陣列(具有80×80平方微米(mǐ)的區域),這部分被浸沒在水中,在顯微鏡下進行(háng)觀察。光與物質進行相互作用,通過納(nà)米(mǐ)天線進行增強,產生強烈的熱(rè)效應。
其結果是,該納(nà)米天線的金層與(yǔ)玻(bō)璃基板將經曆熱膨脹對抗其粘合。利用一定量的光功率,熱膨脹提供的力(lì)可以使金層脫離基底(dǐ),從而達到蝕(shí)刻金(jīn)屬的目的。
“總體而言,在潔淨室的工作量(liàng)將(jiāng)會大大減少,”陳浩表示。“一旦模板準備就緒,它像紙,利用傳統的激光掃描光學顯微鏡,你可以在'畫布(bù)'上'畫(huà)'出你需要使用的光學元件。”
這項研究演示(shì)了各種超薄材料的製作(其特征(zhēng)尺寸小於光波長),以及在同一模板的平麵光學部件的製造。由研究人員製(zhì)造的特定的光學元(yuán)件包括一個焦距約為150微米的(de)平麵聚焦透(tòu)鏡(也被稱為菲涅耳帶片),一個衍射光柵和一個全息轉換器,可以給標準光束賦予角(jiǎo)動量。
據研究人員介紹,這種平麵光學腐蝕的方法和專(zhuān)門的(de)模板,也(yě)可以用於粒子的優先捕(bǔ)獲和排序,以創建所謂的“沒有圍牆”的光流體通(tōng)道。
圖森特指導著這個伊利諾伊大學機(jī)械科(kē)學與工程學係的探針實驗室。除了圖森特和陳浩,研究的共同作者還包括研(yán)究生丁青,前研究生阿(ā)卜杜(dù)勒和伊利諾伊大學機械科學與工程的教授哈雷·約翰(hàn)遜(xùn)。