Un nouveau type de lentilles métalliques pourrait remplacer les lentilles réfractives conventionnelles

• Des chercheurs ont mis au point des métalenses de nouvelle génération composées de nanoparticules métalliques et d'un polymère.
• Il a le potentiel de remplacer les lentilles réfractives conventionnelles pour réaliser des dispositifs optoélectroniques et des systèmes d'imagerie portables.

De minuscules éléments optiques sont utilisés dans une variété d'instruments d'imagerie, allant des caméras grand angle aux endoscopes multifonctionnels. Metalenses est l'une des plates-formes émergentes pour ces éléments optiques compacts.

Cependant, les métalenses sont limitées par leurs propriétés et leur fabrication complexe et coûteuse. Ils ne peuvent pas facilement imager des objets tridimensionnels ou ajuster leurs points focaux sans mouvement physique.

Étant donné que les blocs de construction de metalenses sont faits de matériaux durs, ils ne peuvent pas changer de forme une fois fabriqués. Dans tous les systèmes de matériaux, il est très difficile de configurer des fonctionnalités à l'échelle nanométrique à la demande pour obtenir une focalisation réglable dans les métalenses.

Et c'est pourquoi des chercheurs de la Northwestern University ont mis au point des métalenses de nouvelle génération faites de nanoparticules métalliques et d'un polymère qui a le potentiel de remplacer les lentilles réfractives conventionnelles pour réaliser des dispositifs optoélectroniques et des systèmes d'imagerie portables.

De quoi est fait Metalens ?

La plate-forme d'imagerie polyvalente développée dans cette étude est basée sur des métalenses entièrement reconfigurables constituées de nanoparticules d'argent. Il peut passer d'un objectif à focale unique à un objectif multifocal au cours de chaque session d'imagerie, formant deux images ou plus à un emplacement 3D programmable donné.

Référence :ACS Nano | doi:10.1021/acsnano.9b00651 | Université du Nord-Ouest

Pour fabriquer ces lentilles, les chercheurs ont utilisé un réseau de nanoparticules d'argent cylindriques et une feuille de polymère disposée en blocs au-dessus du réseau métallique. On peut facilement contrôler l'agencement de ces blocs, faisant en sorte que le réseau de nanoparticules dirige la lumière vers n'importe quel(s) foyer(s) cible(s) sans altérer la structure de la nanoparticule.

Les résonances du réseau ont permis des métalenses reconfigurables pour l'imagerie | Avec l'aimable autorisation des chercheurs 

La figure ci-dessus montre une architecture de métalens basée sur deux types d'éléments de phase structurés en un réseau carré :des nanoparticules d'argent exposées à l'air et des nanoparticules identiques recouvertes d'un fin bloc diélectrique.

Les chercheurs ont utilisé un algorithme d'évolution de réseau pour développer des métalenses de résonance de réseau de surface pour des foyers ciblés en ajustant la disposition des deux blocs de construction à l'aide de données de champ électrique mesurées par des simulations dans le domaine temporel aux différences finies. La figure b montre que les métaux peuvent être réarrangés par gaufrage à l'échelle nanométrique assisté par solvant (SANE).

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Cette technique flexible permet aux fabricants de produire de nombreuses structures de lentilles en une seule étape d'effacement et d'écriture, sans dégrader ses caractéristiques après plusieurs cycles d'effacement-écriture. Il peut également restructurer le polymère précédemment formé en un autre motif cible via des masques en élastomère souple.