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项目介绍:

CINNO Research产业资讯,常规的光学部件都因为具有特定形状和/或材料组成而具有相应光线操纵能力的。不过也有一些光学部件是基于完全不同的机制实现对光的操纵的,即所谓的超表面。实际上,基于该技术的光学部件还可以实现对可见光相位、幅度甚至偏振性的操纵,它的实现方式是制作一层平坦超薄的纳米图案面。


根据外媒Display Daily报道,使用基于超表面的光学部件,现在好像已经研发是各种光学系统应用中最有吸引力的。这是因为,这种技术为一些体积庞大的折射光学器件和波片等提供了一种超薄的替代方案。不过,实话实说,这种超表面的制造到目前为止还是非常复杂、费时和昂贵的,一些工艺甚至还有潜在危险,这些都是这项技术商业化的障碍。
 
为了解决这些问题,由查尔姆斯理工大学(位于瑞典哥德堡)物理系丹尼尔·安德烈(Daniel Andrén)教授领导的一组研究人员正在开发一种新的超表面制作方法。
 
他们最近以此为主题在ACS Photonics期刊上发表的一篇论文。文中,整个制作过程从常用的负性光阻开始,这种材料广泛用于目前的半导体制程。研究人员将这种聚合物光阻材料旋涂到玻璃基板上,然后通过单电子束光刻曝光实现图案化,进而在表面上制作所需纵横比的纳米结构。图案化工艺结束后,这些光刻材料自身就形成了一层超表面,这样就将整个制造过程缩减为一次光刻工艺。通过这种方式,制作工艺所需时间和成本以及一些可能的安全隐患就大大减少了。
 
作为该技术的原理证明,该团队制作了一种等效于球面透镜的超表面原型。论文中还讨论了用于制造这种超表面原型结构的设备、材料和工艺的完整细节。通过实验,该超表面结构原型展示了窄聚焦和高分辨率的成像能力。简单点说就是,研究人员制作出一种由6亿独立纳米单元组成的只有1厘米直径的正透镜,下图是该超表面结构原型的示意图。


通过测试发现,该超表面原型能够像相机镜头一样拍摄和显示一些具有精细细节的图像,同时厚度要比相机用镜头薄数千倍。其他一些测试同样表明该超表面的优良性能,它在整个可见光范围内具有超过50%的偏振转换效率。

该团队还利用这种方法制作了一种具有特殊反射特性的光栅结构和基于超表面原理的柱透镜结构原型。另外,在这些原型结构制作时,研究人员还选择了各种不同类型的基板。这样做是为了展示这种方法对柔性塑料和刚性金属镜面基板都适用。
 
最后,他们还做了可靠性测试,结果表明这种超表面结构具有非常好的时间稳定性,它在室温条件下放置六个月也没有显示出性能上的明显退化。关于热稳定性,研究人员已经证明,这种聚合物超表面可以承受至少100°C的温度。另外,在532 nm连续激光源施加的相对较高光强度(5 W / cm2)照射条件下,这种超表面同样没有表现出任何明显的性能下降。
 
在展望未来的工作时,研究人员在其文章中评论说,如果使用其他感光度高出100倍的光阻材料(例如UV-N系列),理论上有机会实现更快的制作速度。研究人员得出结论,他们的方法最终可能会让平面光学组件成为现有大体积光学器件强有力的竞争者,而它在显示领域的潜在应用包括紧凑投影仪和超薄Mini-LED背光的制作。
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查尔姆斯理工大学研发纳米超表面,超薄镜头及Mini-LED背光成可能

查尔姆斯理工大学研发纳米超表面,超薄镜头及Mini-LED背光成可能

CINNO Research产业资讯,常规的光学部件都因为具有特定形状和/或材料组成而具有相应光线操纵能力的。不过也有一些光学部件是基于完全不同的机制实现对光的操纵的,即所谓的超表面。实际上,基于该技术的光学部件还可以实现对可见光相位、幅度甚至偏振性的操纵,它的实现方式是制作一层平坦超薄的纳米图案面。


根据外媒Display Daily报道,使用基于超表面的光学部件,现在好像已经研发是各种光学系统应用中最有吸引力的。这是因为,这种技术为一些体积庞大的折射光学器件和波片等提供了一种超薄的替代方案。不过,实话实说,这种超表面的制造到目前为止还是非常复杂、费时和昂贵的,一些工艺甚至还有潜在危险,这些都是这项技术商业化的障碍。
 
为了解决这些问题,由查尔姆斯理工大学(位于瑞典哥德堡)物理系丹尼尔·安德烈(Daniel Andrén)教授领导的一组研究人员正在开发一种新的超表面制作方法。
 
他们最近以此为主题在ACS Photonics期刊上发表的一篇论文。文中,整个制作过程从常用的负性光阻开始,这种材料广泛用于目前的半导体制程。研究人员将这种聚合物光阻材料旋涂到玻璃基板上,然后通过单电子束光刻曝光实现图案化,进而在表面上制作所需纵横比的纳米结构。图案化工艺结束后,这些光刻材料自身就形成了一层超表面,这样就将整个制造过程缩减为一次光刻工艺。通过这种方式,制作工艺所需时间和成本以及一些可能的安全隐患就大大减少了。
 
作为该技术的原理证明,该团队制作了一种等效于球面透镜的超表面原型。论文中还讨论了用于制造这种超表面原型结构的设备、材料和工艺的完整细节。通过实验,该超表面结构原型展示了窄聚焦和高分辨率的成像能力。简单点说就是,研究人员制作出一种由6亿独立纳米单元组成的只有1厘米直径的正透镜,下图是该超表面结构原型的示意图。

查尔姆斯理工大学研发纳米超表面,超薄镜头及Mini-LED背光成可能


通过测试发现,该超表面原型能够像相机镜头一样拍摄和显示一些具有精细细节的图像,同时厚度要比相机用镜头薄数千倍。其他一些测试同样表明该超表面的优良性能,它在整个可见光范围内具有超过50%的偏振转换效率。

该团队还利用这种方法制作了一种具有特殊反射特性的光栅结构和基于超表面原理的柱透镜结构原型。另外,在这些原型结构制作时,研究人员还选择了各种不同类型的基板。这样做是为了展示这种方法对柔性塑料和刚性金属镜面基板都适用。
 
最后,他们还做了可靠性测试,结果表明这种超表面结构具有非常好的时间稳定性,它在室温条件下放置六个月也没有显示出性能上的明显退化。关于热稳定性,研究人员已经证明,这种聚合物超表面可以承受至少100°C的温度。另外,在532 nm连续激光源施加的相对较高光强度(5 W / cm2)照射条件下,这种超表面同样没有表现出任何明显的性能下降。
 
在展望未来的工作时,研究人员在其文章中评论说,如果使用其他感光度高出100倍的光阻材料(例如UV-N系列),理论上有机会实现更快的制作速度。研究人员得出结论,他们的方法最终可能会让平面光学组件成为现有大体积光学器件强有力的竞争者,而它在显示领域的潜在应用包括紧凑投影仪和超薄Mini-LED背光的制作。
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