Por qué los metalenses están a punto de revolucionar la fabricación de chips

Imagen SEM (ángulo de visión inclinado 30 °) de los metalens enfocados en forma de 'U' Metalens con patrón de enfoque artificial

Uno de los nuevos microdispositivos más asombrosos en el horizonte es el metalens. Este rediseño de la lente tradicional en forma de rombo es una losa delgada como una oblea de dióxido de silicio con un patrón de diminutas trincheras talladas en la superficie. Las trincheras tienen aproximadamente el mismo tamaño que la longitud de onda de la luz e influyen en el paso de los fotones a través de la losa, llevándolos a un foco.

Eso convierte estas losas en lentes planas. Pero el verdadero beneficio es que pueden tallarse en chips de silicio ordinarios y, por lo tanto, fabricarse en las mismas líneas de fabricación.

Ese es un gran paso. Hasta ahora, las lentes siempre se fabricaban por separado y luego se ensamblaban en componentes ópticos. El uso de metalenses permitiría fabricar dispositivos como las cámaras de los teléfonos inteligentes de manera mucho más fácil y económica. Los metalenses podrían incluso permitir diseños completamente nuevos de componentes ópticos, como chips ópticos.

Ahora Mao Ye y sus colegas de la Universidad de Michigan revelan otro truco: un conjunto de metalenses que enfocan la luz en un patrón específico en lugar de en un punto. Eso tiene implicaciones para los fabricantes de chips que utilizan la luz para tallar patrones específicos en la superficie de una losa de silicio.

La nueva técnica es sencilla en principio. La idea es que un patrón particular de trincheras ilumine un punto focal específico. Pero los investigadores luego agregan otro patrón con un punto focal ligeramente diferente que se superpone al primero. Esto crea una línea focal.

Agregar más patrones con diferentes puntos focales superpuestos aumenta la complejidad del patrón resultante. En principio, es posible crear cualquier patrón focal.

Ye y compañía demuestran la técnica creando metalenses con un patrón focal en forma de U y forma de M. Esta demostración de prueba de principio muestra cómo se pueden combinar líneas y curvas para crear patrones más complejos. Hemos propuesto y demostrado un nuevo enfoque para crear metalenses que enfocan la luz en un patrón diseñado artificialmente en lugar de un punto, dicen.

La técnica tiene una amplia gama de aplicaciones que implican la formación de haz: para corte por láser, recocido y cristalización selectiva, por ejemplo. Pero es en la fabricación de chips donde la técnica es más prometedora. Debido a la gran densidad de energía que se concentra en el patrón, los metalenses de este tipo se pueden aplicar potencialmente a la nanolitografía de próxima generación con un patrón específico impreso en la lente, dicen Ye y compañía.

Todavía hay mejoras por venir. Los metalenses diseñados por Ye y sus compañeros funcionan en una sola longitud de onda, en este caso luz roja con una longitud de onda de 685 nanómetros.

Pero otros grupos han diseñado metalenses que enfocan la luz en un rango de longitudes de onda. La aplicación de las mismas técnicas aquí debería conducir a metalenses con patrones focales que funcionen para múltiples longitudes de onda.

Es un trabajo interesante que muestra cómo los metalenses van a tener un impacto significativo en los próximos meses y años.

Ref: arxiv.org/abs/1906.10681 : Metalens con patrón de enfoque artificial

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