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Fabrication par lots de microlentilles planes métalliques à large bande et de leurs réseaux associant l'auto-assemblage de nanosphères à la photolithographie conventionnelle

Résumé

Il est démontré qu'une nouvelle méthode de fabrication par lots à faible coût combinant la lithographie de nanosphères par revêtement par centrifugation (NSL) avec la technique photolithographique conventionnelle produit efficacement les microlentilles planes métalliques et leurs réseaux. Les microlentilles développées sont composées de nanotrous de longueur d'onde inférieure et peuvent focaliser efficacement la lumière dans tout le spectre visible, avec des tailles de foyers proches de la limite de diffraction de Rayleigh. En modifiant l'espacement et le diamètre des nanotrous, l'efficacité de la focalisation peut être ajustée. Bien que les défauts aléatoires existent généralement lors de l'auto-assemblage des nanosphères, les principales performances de mise au point, par exemple la distance focale, la profondeur de champ (DOF) et la pleine largeur à mi-hauteur (FWHM), restent presque invariables. Cette recherche fournit un moyen peu coûteux de réaliser les dispositifs nanophotoniques intégrés au niveau des tranches.

Contexte

Les microlentilles en tant que classe de composants optiques les plus omniprésents, visant à manipuler et à focaliser la lumière à l'échelle micro/nano, ont des applications importantes, telles que la technologie d'affichage [1], la collimation de faisceau laser [2], la détection moléculaire [3] et l'optique stockage d'informations [4]. Bien que les microlentilles réfractives soient largement utilisées dans les appareils commerciaux à haut débit optique, elles souffrent inévitablement d'aberrations volumineuses, chromatiques et sphériques [5]. D'autre part, les microlentilles diffractives présentent moins d'aberrations, mais leur taille physique et leurs profils de surface tridimensionnels complexes (3D) les rendent moins utiles dans les dispositifs miniaturisés et à grande échelle. De plus, leur fabrication nécessite un alignement précis au cours de plusieurs processus lithographiques, ce qui limite également leur adoption dans des dispositifs micro-/nano-optiques hautement intégrés [6, 7].

Des efforts substantiels ont été consacrés à l'exploration de la plasmonique ces dernières années [8,9,10], en raison de la capacité unique d'acheminer et de manipuler la lumière à l'échelle nanométrique. En tant que catégorie importante de dispositifs plasmoniques, les lentilles plasmoniques basées sur des films métalliques nanostructurés minces ont été proposées et développées [11,12,13,14,15,16,17]. Les plasmons de surface (SP) sur les films métalliques sont excités par l'interaction de la lumière incidente avec les oscillations de charge sur la surface d'entrée de la lentille et sont comprimés dans les nano-ouvertures. Après avoir traversé l'ensemble des films métalliques dans des modes de guide d'ondes spécifiques, les SP passent à nouveau aux ondes se propageant. Les sous-ondes transmises par toutes les nano-ouvertures interfèrent les unes avec les autres et forment une tache lumineuse avec l'intensité maximale à une certaine distance de la surface de sortie de la lentille, qui sont également appelées tache de focalisation et plan focal. Par conséquent, les microlentilles planes métalliques comprenant des réseaux de nanoouvertures sont des candidats potentiels pour les lentilles réfractives conventionnelles à base de diélectrique, faisant ressortir la sous-longueur d'onde, mais la focalisation à large bande et permettant une intégration monopuce tout optique ou optoélectronique. Cependant, toutes les microlentilles composées de nanostructures nécessitent des techniques de nanofabrication de haute précision, telles que la lithographie par faisceau d'électrons (EBL) et le broyage par faisceau d'ions focalisés (FIB). Bien qu'il s'agisse d'outils puissants pour le prototypage de microlentilles, ces processus sont coûteux, longs et ne conviennent pas à la fabrication parallèle sur de grandes surfaces.

Récemment, une sorte de microlentille basée sur des nanotrous capables de focaliser toutes les longueurs d'onde du spectre visible sur un seul point a été signalée en utilisant une méthode de fabrication par lots de lithographie par interférence douce (SIL) suivie d'une procédure de nanopatterning [18]. Malheureusement, cette méthode n'est pas idéale pour les microlentilles car les nanotrous autour de la périphérie présentent un diamètre nettement plus petit que celui des centraux, et certains sont même bloqués, provoquant un écart important de la distance focale par rapport à la conception. Par conséquent, le développement d'une technique de fabrication polyvalente et à grande surface pour les microlentilles est crucial pour leurs applications pratiques; néanmoins, la méthode efficace utilisant les approches descendantes ou ascendantes actuelles reste toujours un grand défi. De plus, il vaut la peine d'étudier les défauts aléatoires sur les performances de focalisation et l'effet de couplage entre des microlentilles adjacentes.

Les méthodes de fabrication prometteuses sur de grandes surfaces, telles que la photolithographie, la lithographie par interférence laser (LIL) et la lithographie par nanosphères (NSL), permettent la création de diverses nanostructures. La photolithographie est largement utilisée en microélectronique pour fabriquer des circuits intégrés (CI). La combinaison de sources lumineuses à courte longueur d'onde, y compris l'ultraviolet profond (DUV) et l'ultraviolet extrême (EUV), et des innovations, telles que la lithographie par immersion et les masques à décalage de phase, ont poussé la taille de la caractéristique bien à l'échelle nanométrique [19, 20]. Bien que la lithographie optique traditionnelle à base de masques soit bien établie et largement utilisée dans l'industrie des circuits intégrés, elle est également très coûteuse à la fois à installer et à faire fonctionner. En tant que méthodologie d'échelle beaucoup plus simple et moins chère, LIL est basée sur l'interférence de plusieurs faisceaux laser cohérents et peut produire des structures périodiques unidimensionnelles (1D), bidimensionnelles (2D) et 3D avec des dimensions de caractéristiques approchant 20 nm [21] . Mais souffrant de la restriction de la technologie, LIL est difficile de produire des motifs à l'échelle centimétrique [22]. NSL est une technique d'auto-assemblage colloïdale typique, qui répond à la nanofabrication efficace d'une manière hautement parallèle, à l'échelle d'une plaquette et peu coûteuse et utilise des nanosphères hexagonales compactes principalement de polystyrène (PS) ou de silice comme masques ou modèles pour la photolithographie, l'évaporation, dépôt, gravure, empreinte, etc. [23, 24]. En raison de la disposition hexagonale compacte des nanosphères, il en résulte un ensemble similaire de nanostructures. De plus, de telles structures peuvent présenter des effets de réseau, par exemple les performances extraordinaires de transmission optique (EOT) des réseaux de nanotrous, généralement en raison de l'excitation de polaritons de plasmons de surface (SPP) [25]. Ceci est particulièrement important pour de nombreuses applications possibles telles que la diffusion Raman améliorée en surface (SERS), la détection améliorée des vibrations infrarouges (IR), les cellules solaires et la fluorescence améliorée [26,27,28,29].

Dans ce travail, notre approche combine les avantages de la NSL modifiée, par exemple, une fabrication à grande surface et à faible coût, avec la technique photolithographique conventionnelle pour produire les microlentilles planes métalliques souhaitées qui sont similaires aux "patchs" d'Odom. Les microlentilles réalisées, comme démontré, peuvent focaliser des longueurs d'onde uniques de lumière sur l'ensemble du spectre visible ainsi que la lumière blanche à large bande avec une divergence minimale. En outre, via la simulation et la vérification expérimentale, les défauts aléatoires existant couramment lors de la procédure d'auto-assemblage de nanosphères dans des réseaux de nanotrous ne révèlent aucune influence dramatique sur les performances de focalisation des microlentilles, ce qui signifie que les points focaux de différentes microlentilles sur la même plaquette ont le dimensions latérales identiques, se rapprochant de la limite de diffraction de Rayleigh. Les microlentilles métalliques à base de nanotrous et la méthode NSL ainsi développée présentées ici peuvent ouvrir la voie à la conception et à la fabrication d'un nouveau type de microlentilles pour les dispositifs micro/nano-optiques planaires transmissifs miniaturisés.

Méthodes

L'auto-assemblage ascendant de nanosphères diélectriques PS en tant que voie simple et peu coûteuse pour former des nanotrous de sous-longueur d'onde souffre souvent de défauts graves, par exemple, des dislocations, des multicouches et des lacunes ponctuelles ou de zone. Pour résoudre ces problèmes, nous entreprenons des études expérimentales des paramètres de revêtement par centrifugation, y compris la vitesse de rotation, l'accélération, le dosage de la suspension et la modification hydrophile des surfaces du substrat, sur la qualité des réseaux auto-assemblés formés sur l'ensemble de 4 pouces. . plaquette de verre. Bien que les paramètres optimisés soient adoptés pour réduire les défauts majeurs (lacunes et multicouches) et créer les réseaux de nanotrous correspondants par transfert de motifs, certaines dislocations et lacunes sont toujours inévitables et déplacées vers les structures de nanotrous finales.

La figure 1 illustre la combinaison d'une technique ascendante (auto-assemblage par revêtement par centrifugation de nanosphères de PS) et d'une technique descendante (photolithographie) pour la fabrication parallèle à faible coût de microlentilles et de leurs réseaux. Premièrement, les nanosphères de PS (de microParticles GmbH) sont enduites par centrifugation sur des substrats de verre, formant un masque monocouche de nanosphères avec le réseau hexagonal (Fig. 1a). Après dépôt des nanosphères, leur taille est modifiée via le plasma d'oxygène dans un réacteur à plaques parallèles (Plasma Reactor, 0.75 Pa, O2 100 sccm, 80 W), comme le montre la figure 1b. Dans l'étape suivante, une couche d'or de 100 nm d'épaisseur est pulvérisée sur les nanosphères de PS monocouche (Fig. 1c). Après cela, le processus de décollage est effectué par le nettoyage par ultrasons dans du tétrahydrofurane (THF), et un réseau de nanotrous à grande échelle est ainsi obtenu (Fig. 1d). Ensuite, le film de chrome (Cr) est pulvérisé sur le premier film d'or troué (Fig. 1e) et modelé avec les microlentilles souhaitées et leurs matrices par photolithographie (Fig. 1f), qui domine les performances de focalisation des microlentilles finalement réalisées. Ensuite, la couche de Cr exposée par les zones d'ouverture est retirée, laissant les nanotrous d'or troués pour transmettre la lumière incidente (Fig. 1g). Après avoir nettoyé la résine photosensible résiduelle, les microlentilles conçues et leurs matrices sont réalisées (Fig. 1h).

Schéma des principales étapes du processus de fabrication des microlentilles et de leurs réseaux. un Revêtement par centrifugation de nanosphères de PS monocouche. b rétrécissement de la taille des nanosphères de PS. c Au dépôt. d élimination des nanosphères de PS. e dépôt de Cr. f transfert de motifs de microlentilles sur photoresist. g gravure humide. h retrait de la résine photosensible

La figure 2 montre les images représentatives au microscope électronique à balayage (MEB) affichant diverses morphologies auto-assemblées de nanosphères PS avec l'espacement de réseau P = 900 nm, c'est-à-dire le diamètre des nanosphères de PS utilisées. Les monocouches auto-assemblées de nanosphères de PS sont emballées de manière ordonnée dans un réseau hexagonal sur les substrats de verre des Fig. 2a, d. Cependant, des dislocations qui sont représentées comme des « fissures » sont toujours présentes, en raison de la répulsion électrostatique entre les particules [30], ainsi que des lacunes ponctuelles. La figure 2b, c illustre les lacunes de la zone, les défauts multicouches et aléatoirement emballés, qui sont distribués dans certaines régions avec une mauvaise contrôlabilité lorsque les paramètres de revêtement par centrifugation ne sont pas optimisés ou perturbés.

Les images SEM sont affichées pour a nanosphères de PS monocouches auto-assemblées et conditionnées de manière ordonnée de 900 nm de diamètre, (b ) Rétrécissement de la taille PS par O2 plasma contenant les défauts de lacunes et multicouches, (c ) des nanosphères de PS emballées au hasard, et (d ) une vue agrandie d'une unité PS emballée de manière hexagonale

La figure 3 montre le résultat de la diffraction de la lumière visible sur le masque de nanosphères et des images d'appareil photo numérique du 4-in. plaquette et une puce de 10 mm × 10 mm avec diverses cellules de microlentilles. La microlentille individuelle et son réseau sont illustrés sur la figure 3d, dans laquelle les nanotrous sous-jacents et les microlentilles détachées sont clairement observés. Il révèle également les défauts aléatoires existants dans les microlentilles uniques.

un Image de diffraction du 4 pouces fabriqué. masque de nanosphère monocouche au niveau de la tranche. Photographies des microlentilles fabriquées et de leurs matrices sur un substrat de verre en (b ) le niveau de la plaquette et (c ) le niveau de la puce. d Image au microscope optique de la microlentille de 8 μm et de son réseau de 5 × 5 espacés de 4 μm

Afin d'explorer les performances de focalisation des microlentilles obtenues, nous comparons les résultats de la simulation 3D du domaine temporel aux différences finies (FDTD) avec les tests expérimentaux. Notre configuration expérimentale, telle que décrite sur la figure 4, utilisant le microscope optique inversé Nikon comme plate-forme d'exploitation principale, est utilisée pour cartographier les champs optiques générés par l'onde plane incidente sur la microlentille. Après avoir transmis à travers la microlentille, un objectif de microscope à immersion dans l'huile de haute qualité (100×, NA  =1.49) images des motifs de taches sur une caméra CCD et est piloté par le contrôleur piézo E-816 (Physik Instrumente (PI)) avec un pas longueur de 100 nm. Après avoir collecté des centaines de tranches lumineuses 2D, le champ optique 3D le long de l'axe de propagation de la microlentille peut ainsi être construit.

Montage expérimental pour caractériser les performances de focalisation optique des microlentilles et de leurs matrices. Un laser à onde continue (CW) de 532 nm est étendu via un télescope afin d'obtenir un faisceau homogène. En passant à travers la microlentille, le motif de speckle transmis est collecté par un objectif de microscope et mesuré par un CCD

Résultats et discussion

  1. Je.

    Performances de focalisation des microlentilles

Le modèle 3D de microlentille de diamètre d ayant des nanotrous circulaires disposés dans un réseau hexagonal est établi en utilisant la méthode FDTD. Le collimaté, x - une lumière polarisée avec une longueur d'onde de fonctionnement de 532 nm est éclairée, une tache focale bien définie (emplacement d'intensité maximale) est observée dans le x -z avion (le même que y -z plan puisque le champ électromagnétique est distribué symétriquement) à travers le centre des microlentilles de 4 μm, et la pleine largeur à mi-hauteur (FWHM) de la tache au plan focal est de 1,25 μm (Fig. 5a), ce qui est proche à la limite de diffraction Rayleigh de 0,912 μm calculée par 0,61λ /NA [31]. De plus, les motifs optiques en champ lointain sont simulés avec des espacements de réseau de 522 et 900 nm, et les longueurs d'onde de fonctionnement de 532 et 633 nm sont sélectionnées. Les focales simulées sont de 12 et 10,4 μm pour la microlentille de 4 μm à λ = 532 et 633 nm, respectivement, et la valeur augmente à 46 μm pour la microlentille de 8 μm à λ = 532 nm, comme indiqué sur la Fig. 5a, c. Parce que leurs effets de focalisation ne sont pas la conséquence de l'ingénierie du front d'onde, les microlentilles de 4 µm avec un espacement de réseau de 522 ou 900 nm ont des foyers presque identiques, ce qui valide le fait que la distance focale dépend principalement de la taille de la lentille et de la longueur d'onde de travail.

un Cartographies du champ optique de la microlentille de 4 μm pour les cas simulés de a1 λ = 633 nm, P = 522 nm ; a2 λ = 532 nm, P = 522 nm ; a3 λ = 532 nm, P = 900 nm ; et a4 le résultat mesuré de λ = 532 nm, P = 900 nm. b L'intensité lumineuse axiale de l'intégrale R-S calculée, la simulation FDTD et la mesure optique pour la microlentille conçue de d = 4 μm. c La différence d'intensité de champ pour le c1 simulé et c2 résultats mesurés lorsque d = 8 μm à λ = 532 nm, P = 900 nm. d L'intensité axiale pour la microlentille de d = 8 μm. Les champs d'intensité le long des y-z les plans sont distribués de manière identique comme x-z avions

La tache focale est soumise à la limite de diffraction de Rayleigh classique car la focalisation en champ lointain ne provient pas de la récupération de champ évanescent [32] ou de super-oscillations [33]. Par conséquent, la dépendance de la distance focale sur la longueur d'onde de fonctionnement peut être exprimée par une relation dérivée de l'intégrale de Rayleigh-Sommerfeld (R-S) [18]. À partir de la Fig. 5b, d, nous pouvons voir que les distributions de champ optique calculées par l'intégrale R-S concordent très bien avec les résultats de la simulation FDTD pour les deux cas. Cependant, les résultats de mesure montrent une légère différence en raison des diverses erreurs introduites lors de la procédure de fabrication et de la mesure optique. Il est à noter que pour le cas 4 µm, l'écart de mesure par rapport à la simulation est de 8,3 %, contre 1,1 % pour le cas 8 µm. En d'autres termes, les microlentilles de plus grand diamètre sont plus insensibles aux erreurs normales.

Étant donné que les performances de mise au point n'ont aucun rapport avec l'ingénierie du front d'onde, le débit optique de la tache focale dépend de la transmission améliorée SP à travers les ouvertures sous-longueur d'onde [18]. Lorsque les résultats de la figure 6 sont comparés aux spectres de transmission des différentes microlentilles, les transmissions améliorées et les transmissions supprimées sont présentes à différentes longueurs d'onde en fonction de l'espacement du réseau. Selon des rapports antérieurs [34], il a été découvert que la réponse spectrale sélective provenait de l'effet combiné de la résonance plasmonique de surface (PSPR) se propageant à l'interface métal/diélectrique et de la résonance plasmonique de surface localisée (LSPR) autour des nanotrous. Comme observé sur la figure 6c, les emplacements des creux de transmission, comme l'indiquent les cercles, présentent un décalage vers le rouge le long du x -axe de coordonnées à mesure que l'espacement du réseau augmente, il en va de même avec les pics de transmission. Cela confère aux microlentilles des capacités inhabituelles à contrôler le débit optique à des longueurs d'onde spécifiques et garantit que les microlentilles sont facilement conçues avec une focalisation à haute efficacité. La figure 6a, b donne les distributions de champ d'une microlentille de 4 μm pour le cas de P = 400 nm à la longueur d'onde plongeante de 581 nm et celle de pointe de 681 nm, respectivement. À l'exception d'une diminution de la distance focale introduite par l'augmentation de la longueur d'onde, l'intensité de la tache focale pour la longueur d'onde de 681 nm est presque 100 fois supérieure à celle de λ = 581 nm.

un , b Résultats de simulation des modèles de champ électrique de la microlentille de 4 μm lorsque P = 400 nm à la longueur d'onde de travail de λ = 581 nm (creux de transmission) et 681 nm (pic), respectivement. c Spectres de transmittance totale simulée pour les microlentilles correspondant aux espacements de réseau P = 400, 530 et 600 nm dans la plage de fréquences de 400 à 800 nm, et l'encart montre le modèle d'une microlentille de 4 µm. Les creux et pics de transmission sont signalés par des cercles et triangle , respectivement

  1. II.

    Influences des défauts aléatoires

Malgré le fait que NSL soit une méthode de fabrication hautement parallèle pour créer des réseaux de nanotrous de grande surface dans les microlentilles et leurs réseaux, un problème perçu de cette technique est que les défauts sont répartis de manière aléatoire dans toute la couche de nanotrous des microlentilles. Les défauts sont presque inévitables pendant le processus d'auto-assemblage des nanosphères, qui sont normalement censés limiter fondamentalement la résolution et la profondeur de pénétration des méthodes optiques. Cependant, il est étonnant que les défauts offrent une alternative inhabituelle aux structures périodiques conventionnelles pour manipuler la lumière. Il a été démontré que certains défauts aléatoires améliorent plutôt que détériorent la netteté de la mise au point dans une expérience optique spécifique [35, 36]. Par conséquent, l'influence des défauts générés par notre processus de fabrication sur les performances de focalisation des microlentilles étudiées ici est essentielle pour les applications pratiques et la poursuite des recherches sur les cristaux photoniques aléatoires.

Outre les lacunes, les dislocations et les défauts multicouches mentionnés ci-dessus qui sont générés par la procédure d'auto-assemblage des nanosphères, la déformation de la forme des nanotrous peut également exister dans les microlentilles ultimes pendant le retrait du PS et l'élimination du PS en raison du déséquilibre O2 gravure au plasma. Par conséquent, ces défauts que nous avons considérés peuvent être classés comme les défauts de forme et de position. Pour démontrer l'impact des défauts de forme sur les performances de focalisation des microlentilles, nous présentons les microlentilles avec différents faux-ronds σ dans les nanotrous lorsque leur facteur de remplissage commun est de 0,33 et les images de focalisation optique correspondantes sont données sur la figure 7a. De toute évidence, ces modèles de focalisation pour les cas de σ = 0.4 et σ = 0,7 sont presque les mêmes à l'exception de la légère variation de l'intensité des foyers. Plus clairement, comme le montre la figure 7a, les motifs de foyers similaires dans a1, a2 et a3 indiquent que le degré accru de déformation et le changement de direction de déformation imposent une influence négligeable sur les propriétés de focalisation des microlentilles.

un Les points focaux des microlentilles sont indépendants de l'erreur de faux rond σ de nanotrous. Les propriétés de mise au point ne montrent pas de changement clair lorsque σ = 0 (nanotrous arrondis) sur la figure 5 est augmenté à a1 σ = 0.4, a2 = 0.7 avec une direction horizontale déformée, et a3 σ = 0.7 avec une direction déformée perpendiculaire. b Introduction de l'aléatoire spatial dans les positions des nanotrous. Les directions de déviation sont aléatoirement différentes d'un trou à l'autre, mais la longueur de déviation δ est maintenu constant pour chaque trou. Les mêmes motifs de mise au point sont obtenus lorsque la longueur de déviation b1 δ = 0, b2 = 50 nm, et b3 δ = 100 nm

Pour explorer les influences des défauts de position, nous dévions les positions des nanotrous dans différentes directions avec une longueur δ . La direction de déviation de chaque trou est distribuée au hasard d'un trou à l'autre et maintenue constante pour chaque δ (voir Fig. 7b). Avec l'augmentation de δ , les nanotrous s'écartent de l'état parfaitement compact et deviennent « plus aléatoires ». Trois modèles de focalisation similaires de microlentilles concernant différentes positions aléatoires de nanotrous, δ = 0, 50 et 100 nm, sont obtenus. De plus, on observe qu'une légère diminution de l'intensité des foyers apparaît sur le profil de champ avec un réseau de nanotrous plus aléatoire. Surtout, il révèle que les défauts de forme et de position au sein des microlentilles ont peu d'effet sur les performances de mise au point et ne font surtout que moduler l'intensité des foyers.

  1. III.

    Performances de focalisation des matrices de microlentilles

La figure 8 montre le réseau de microlentilles fabriqué 3 × 3 avec différents espacements et les modèles optiques mesurés expérimentalement sous λ = 532 nm, ainsi que l'éclairage à large bande. Notez que les points focaux des microlentilles avec plus de dislocations dans le réseau sont plus faibles que ceux des autres microlentilles de la Fig. 8b. C'est parce que les défauts de dislocation réduisent efficacement le nombre de nanotrous contribuant au motif d'interférence optique. De plus, les résultats montrent un excellent accord avec ceux obtenus par les simulations FDTD que les défauts affectent principalement l'intensité des foyers. De plus, les microlentilles peuvent focaliser la lumière blanche à large bande (Fig. 8 (a2) et (b2)) en raison de l'aberration chromatique minimale. Les points focaux sous l'éclairage en lumière blanche ont les mêmes dimensions latérales que ceux sous une seule longueur d'onde, tandis que la distance focale à large bande est approximativement la moyenne des longueurs focales aux longueurs d'onde améliorées SP. De plus, l'effet de couplage de focalisation dans le réseau de microlentilles que nous avions analysé dans nos recherches précédentes [37] apparaît dans les modèles de focalisation obtenus comme les régions C, D et E signalées sur la Fig. 8 (b1) et (b2).

un Images au microscope optique pour le réseau de microlentilles fabriqué de 3 × 3 espacées de 8 μm lorsque d = 8 μm et les diagrammes optiques mesurés (AA ) sous (a1) la longueur d'onde unique de λ = 532 nm et (a2) l'éclairage à large bande. Des foyers identiques de microlentilles individuelles sont observés. b Résultats expérimentaux (BB ) pour le réseau de microlentilles 3 × 3 espacement de 4 μm sous (b1) la longueur d'onde unique de λ = 532 nm et (b2) l'éclairage à large bande. L'effet de couplage entre deux microlentilles adjacentes, comme indiqué par les régions C , D , et E , peut être observé

Conclusions

En résumé, nous avons démontré pour la première fois que la technique NSL en tant que méthode hautement parallèle et peu coûteuse peut être utilisée pour fabriquer les microlentilles planes métalliques fonctionnant sur l'ensemble du spectre visible. Soutenues par les résultats simulés et expérimentaux, les propriétés de focalisation des microlentilles peuvent être expliquées par une combinaison d'effets d'interférence optique et de plasmon de surface. En tenant compte de l'espacement du réseau et du diamètre des nanotrous, les microlentilles peuvent être adaptées pour fournir une transmission élevée à des longueurs d'onde spécifiques. Les performances de focalisation des microlentilles de l'état parfait à l'état défectueux sont exploitées par la méthode FDTD. Les simulations et les expériences clarifient que les défauts aléatoires dans les réseaux de nanotrous affectent simplement l'efficacité de focalisation des microlentilles et l'effet de couplage de focalisation tel que prédit se produit à la fois sous l'éclairage à longueur d'onde unique et à large bande. La capacité de focalisation à large bande, la taille miniaturisée et la technique de fabrication polyvalente ouvrent tous ensemble un grand potentiel pour des dispositifs tout optiques ou optoélectroniques compacts et peu coûteux tels que le photovoltaïque [26], les filtres de couleur [38] et la détection d'indice de réfraction [39] .

Abréviations

3D :

Tridimensionnel

CCD :

Appareil à couplage de charge

FDTD :

Domaine temporel aux différences finies

FWHM :

Pleine largeur à mi-hauteur

LIL :

Lithographie par interférence laser

NA :

Ouverture numérique

NSL :

Lithographie nanosphère

PS :

Polystyrène

SEM :

Microscope électronique à balayage


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