Kvalitní tenké a ploché čočky

Křemíkových mikropovrchů (metapovrchů” s vroubky) využívá k výrobě mikročoček i tým Federica Capassa

Z dosavadní praxe máme většinou zkušenost, že optické čočky musejí mít přesně zakřivený tvar povrchu, aby dobře plnily svoji funkci. Tou je tvorba kvalitního obrazu různých objektů a obecně kvalitní zpracování světla. Kontrolovaným způsobem lze ale nyní ohýbat či zaostřovat světlo i jinak, pomocí čoček plochých a někdy velmi tenkých.

Neortodoxním způsobem fungující tenké čočky se budou hodit v případě jejich integrace do miniaturních přístrojů spotřební elektroniky a systémů vláknové optiky. Už několik let odborníci vyrábějí malé, tenké a ploché kovové čočky, ale účinnost jejich zobrazovací funkce zatím silně zaostává za kvalitou velkých, tlustých a zakřivených čoček ze skla. Ke zkvalitnění funkce malých, tenkých a plochých čoček se proto nyní ubírají práce více vědců.

Mikročočky pro kamery i chytré telefony

Skupina výzkumníků z Kalifornské techniky k tématu publikovala 7. června článek v časopise Nature Communications. Jejich způsob výroby, fotolitografie a “nanootisková” litografie, patří do oblasti křemíkové počítačové mikrotechnologie. Takto vyrobené ploché mikročočky lze snadno integrovat například do kamer nebo mikroskopů. Lze také uvažovat o chytrých telefonech tenkých jako kreditní karta. Jedna plochá tenká mikročočka tohoto typu obsahuje 140 milionů nanosloupků, vyrobených z amorfního křemíku, přičemž každý z nich má výšku asi několik set nanometrů. Nanosloupky však mají obecně proměnnou velikost danou určitým vzorcem a v závislosti na svém průměru a výšce jsou schopny fokusovat různé vlnové délky (barvy) světla.

Jedna plochá tenká mikročočka obsahuje 140 milionů nanosloupků, vyrobených z amorfního křemíku

Autoři novému typu mikročočky říkají “vysoce kontrastní přenosové pole (transmitarray)”. Její souhrnná tloušťka činí asi jen jednu miliontinu metru (jeden mikrometr). Kolem 80% světla se po průchodu touto mikročočkou nového typu zaostří podobně jako po průchodu čočkou standardní, A i zde se jeho původní rovinná vlnoplocha změní na vlnoplochu zakřivenou, sbíhající se. Profily pole nanosloupků lze navíc pružně měnit podle kýžené cílové funkce mikročočky. Ačkoliv jedna mikročočka umí zpracovávat světlo jen pro úzké okolí jisté vlnové délky, kombinace více různých mikročoček může dohromady zvládnout podstatnou část celého světelného spektra.

Detail křemíkového mikropovrchu čoček

Trochu jinak zpracovaných křemíkových mikropovrchů využívá ke stejnému účelu tým Federica Capassa z americké Harvardské univerzity.

Zdroje: Phys.Org 1, Phys.Org 2, Phys.Org 3, Phys.Org 4, Scientific American, Nature Communications, arXiv, Science magazine