Forschung -

Winzige optische Elemente können refraktive Linsen ersetzen

Ein Forschungsteam der Northwestern University entwickelte winzige optische Elemente aus Metallnanopartikeln und einem Polymer, die eines Tages traditionelle refraktive Linsen ersetzen könnten, um tragbare Bildsysteme und kleine optoelektronische Applikationen zu realisieren.

Die flache und vielseitige Linse, eine Art Metalinse, hat eine Dicke, die 100-mal kleiner ist als die Breite eines menschlichen Haares.
 
"Diese Miniaturisierung und Integration mit Detektoren verspricht eine hochauflösende Bildgebung in Geräten von kleinen Weitwinkelkameras bis hin zu Miniaturendoskopen", sagte Professorin Teri W. Odom, die die Forschung leitete. Sie ist tätig am 'College of Arts and Sciences' und Vorsitzende des Fachbereichs Chemie.

Die Eigenschaften von Metalinsen hängen von der rational ausgelegten Anordnung nanoskaliger Einheiten ab. Metalinsen haben sich als attraktive Option für Flachgläser etabliert, sind aber derzeit in Anwendungen durch ihre statischen Eigenschaften und ihre komplexe und teure Herstellung eingeschränkt.

Bei bildgebenden Verfahren wie Zoomen und Fokussieren können die meisten Metalinsen ihre Fokuspunkte jedoch nicht ohne physikalische Bewegungen einstellen.

Ein Hauptgrund dafür, so Odom, sei, dass die Bausteine dieser Linsen aus harten Materialien bestehen, die nach der Herstellung keine Formveränderung bieten können. Es ist in allen Materialsystemen schwierig, nanoskalige Merkmale nach Bedarf anzupassen, um eine abstimmbare Fokussierung in Metalinsen zu erreichen.

"In dieser Studie haben wir eine vielseitige Bildgebungsplattform demonstriert, die auf vollständig rekonfigurierbaren Metalinsen aus Silbernanopartikeln basiert", sagte Odom, Mitglied des 'International Institute for Nanotechnology'.

"Während einer einzigen Bildgebungssequenz kann sich unsere Metalinse von einer Einfokuslinse zu einer Mehrfokuslinse verändern, die mehr als ein Bild an jeder programmierbaren 3-D Position erzeugen kann."

Der Forschungsbericht mit dem Titel "Lattice-Resonance Metalenses for Fully Reconfigurable Imaging" wurde in "ACS Nano" veröffentlicht.

Das Forschungsteam fertigte seine Linsen aus einer Reihe zylindrischer Silber-Nanopartikel und einer Polymerschicht, die zu Blöcken auf der Oberseite des Metallarrays strukturiert wurden.

Durch die einfache Anordnung der Polymermuster kann das Nanopartikelarray das sichtbare Licht auf beliebige Fokussierungspunkte lenken, ohne dass die Nanopartikelstrukturen verändert werden müssen.

Dieses Skalierverfahren ermöglicht verschiedene Linsenstrukturen in einem Schritt des Löschens und Schreibens zu bilden, ohne dass nach mehreren Lösch- und Schreibzyklen eine merkliche Verschlechterung der nanoskaligen Merkmale auftritt. Diese Technik kann mit weichen Elastomermasken jedes vorgeformte Polymermuster in jedes gewünschte Muster umformen.

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