Металинзы сфокусируют свет в фигуру произвольной формы


Физики теоретически
рассчитали и на практике продемонстрировали способность наноструктурированных поверхностей
— металинз — фокусировать свет не в точку, а в фигуры сложной формы. Для
демонстрации авторы показали металинзы с фокусами в виде букв U и M. Среди потенциальных применений таких устройств
может быть производство микроэлектроники, где свет используется для создания
необходимых рисунков на поверхности полупроводника в процессе фотолитографии,
пишут ученые в препринте на arXiv.org.

Задачей обычных собирающих
линз в оптике является изменение траекторий лучей света, которое приводит к концентрации
его энергии. Идеальная геометрическая линза фокусирует падающую плоскую волну в
одну точку. В реальности существует масса отклонений, связанных с
неидеальностью приборов, зависимостью коэффициента преломления от длины волны,
волновой природой света и другими.

В последние годы активно
развивает область метаматериалов — структурированных на небольшом масштабе тел,
в которых строение сильно влияет на взаимодействие с возмущениями. В частности,
при помощи подобных веществ ученые пытаются воплотить в реальность аналог
шапки-невидимки, то есть устройства, которое меняет ход лучей, заставляя их
огибать расположенную внутри область.

Из метаматериалов можно
сделать металинзу, которая будет фокусировать свет подобно обычной. Вместе с
этим, ее можно наделить дополнительными свойствами, такими как различное
преломление в зависимости от поляризации, преодоление стандартного для обычной
оптики дифракционного предела и другие. При этом такое изделие является
плоским, компактным и весит намного меньше традиционного аналога.

В работе под руководством
Мао Е (Mao Ye) из Мичиганского университета предлагается совершенно новое применение
металинзам, которое идет вразрез с логикой развития оптики — вместо попыток
сконцентрировать пучок света в как можно меньшую область, авторы предлагают делать
приборы с фокусами произвольной формы.

Читать ещё:  Новый квантовый материал: теллурид марганца и висмута

Идея новой металинзы заключается
в комбинации множества мотивов, каждый из которых фокусирует свет в
определенную небольшую область. Параметры подбираются таким образом, чтобы
соседние фокальные пятна перекрывались, в результате чего можно сформировать
фокус сколь угодно сложной формы. В качестве демонстрации авторы создали
относительно простые фокусы в виде букв M и U.

В традиционном смысле как
прибор для построения изображения такая линза бесполезна, но исследователи и не
преследовали такой цели. Они считают, что их разработка может пригодиться там, где необходимо формировать луч определенной формы. В частности, такие
задачи возникают при лазерной резке и отжиге, селективной кристаллизации и
других производственных процессах.

Однако главной областью применения
физики считают производство полупроводниковых приборов сразу по нескольким
причинам. Во-первых, для этого необходимо проводить процесс фотолитографии,
который обеспечивает избирательное травление нужного рисунка по поверхности кремниевой
пластины. Сегодня используют защитный слой — фотомаску (фотошаблон), которая препятствует
облучению закрываемых ею частей. Использование изогнутых фокусов позволит как
уменьшить использование фотомасок, так и ускорить процесс фотолитографии. Вторым
важным преимуществом является полная совместимость в производстве таких линз с полупроводниковыми
микросхемами КМОП.

Ранее ученые смогли разделить фотоны на «левых» и «правых» при помощи металинзы, добились при их участии контроля над направлением излучения и сфокусировали свет во всем видимом диапазоне. В то же время металинзы по некоторым параметрам лишь сейчас начинают догонять традиционную оптику.

Тимур Кешелава

голоса
Рейтинг статьи

Опубликовано: 12.07.2019 в 08:00

Автор:

Категории: Физика

Подписаться
Уведомить о
guest
0 комментариев
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x
()
x