Metalenses Neden Akıllı Telefonlarda Devrim Yaratmaya Hazır?

[™ Admin]

Metalenses Neden Akıllı Telefonlarda Devrim Yaratmaya Hazır?

Akıllı telefonlara yerleşik kameraların en pahalı parçalarından biri lens sistemidir. Bunun nedeni, lenslerin telefonun geri kalanını oluşturan elektronik bileşenlerden tamamen farklı bir şekilde yapılmasının gerekmesidir.

Son yıllarda fizikçiler, düz bir silikon dioksit veya benzeri malzeme üzerine oyulabilen yeni bir tür "metalen" ile bunu değiştirmeyi umuyorlardı. Metalenses, her biri ışığın dalga boyuyla hemen hemen aynı büyüklükte olan silikon sütunlardan oluşur.

Bu sütunlar ışıkla etkileşime girerek ışığın hassas bir şekilde kontrol edilebilir şekillerde bükülmesine ve dağılmasına neden oluyor. Böylece fizikçiler, çok sayıda sütunu periyodik diziler halinde düzenleyerek bunların ışığı geleneksel bir mercekle aynı şekilde bükmesini sağlayabilirler.
Bu, metalenslerin, görüntüleri yakalamak ve işlemek için kullanılan aynı silikon çiplere kazınmasının önünü açıyor. Bu senaryoda, pahalı geleneksel lensler tamamen kullanılmaz hale gelir.

Bocalayan Çabalar

Ancak ışık bazlı litografi kullanarak metalens yaratma çabaları şu ana kadar başarısızlıkla sonuçlandı.

İhtiyaç duyulan şey, büyük ölçekli çip üretimiyle uyumlu metalens yapmanın başka bir yoludur.

Amherst'teki Massachusetts Üniversitesi'nden Andrew McClung ve meslektaşları tam olarak bunu gösterdiler: çip üretimiyle uyumlu metalens yapmanın yeni bir yolu. Yaklaşımlarının "tüketici elektroniği ve görüntüleme sistemlerinde yaygın olarak benimsenme potansiyeline sahip olduğunu" söylüyorlar.

Geleneksel lensler genellikle cam veya plastiğin bir kalıba dökülmesi ve daha sonra öğütülmesi ve cilalanmasıyla istenen şekle getirilmesiyle yapılır. Bir cep telefonunda veya benzeri bir görüntüleme sisteminde kullanıldığında, bu lenslerin çiple dikkatlice hizalanması ve yerine yapıştırılması gerekiyor. Bu zahmetli, karmaşık ve pahalıdır.

Son on yılda fizikçiler, elektron ışın litografisi adı verilen ve alt tabakalara küçük özellikler kazıyabilen bir işlem kullanarak metalens yapmaya başladılar. Ancak elektronları kontrol etmek zor olduğundan bu süreç büyük ölçekli çip üretimi için uygun değildir. Bu genellikle henüz gerekli ölçekte metalens üretemeyen ışık bazlı litografiye dayanır.

Böylece, McClung ve ekibi, geleneksel optik litografi yerine tam tersi tekniği mükemmelleştirdiler. Deseni bir alt katmana oymak yerine, kil tablete bir desen damgalamaya benzer şekilde onu basıyorlar.

Nanobaskı litografisi olarak adlandırılan bu teknik, silikon polimerden yapılmış nano ölçekli bir damganın dökülmesiyle başlar. Daha sonra bu damgayı polimetil metakrilat veya PMMA adı verilen sentetik bir reçineye bastırıyorlar. Bu reçine, bir silikon dioksit tabakasının üzerindeki bir silikon nitrür tabakasının üzerinde bulunur.

Büyüleyici Yazdır

Bu baskılama işlemi, daha sonra alt tabakaya kazınabilecek metallerin şeklinde bir desen bırakır. Sonuç, silikon dioksit substratının (bir metaller) üzerinde oturan silikon nitrür sütunlarından oluşan bir modeldir.

McClung ve arkadaşları, bu tekniğin, görünür ışığı kırınım sınırına yakın bir noktaya ve yüzde 81'lik bir odaklanma verimliliğine doğru bir şekilde odaklayan 6 mm çapında mercekler oluşturabildiğini gösteriyor. Karşılaştırıldığında, elektron ışını litografisini kullanarak yaptıkları benzer bir lens, yüzde 89'luk bir odaklanma verimliliğine ulaştı.

Bu, mevcut seri üretim tesislerinde kullanılabilecek potansiyele sahip ilginç bir çalışma. Araştırmacılar, "Görünür dalga boyu aralığında çalışan yüksek verimli meta yüzeylerin ölçeklenebilir üretimi, bunların tüketici uygulamalarında yaygın olarak benimsenmesi için fırsatlar yaratıyor" diyor.

Akıllı telefonlardaki kameralar, web kameraları ve benzerleri bu uygulamalardan yalnızca birkaçıdır. Metalenses ayrıca ışığı çipler aracılığıyla kanalize etmek ve ışığı işlemek için karmaşık 3 boyutlu tasarımlar oluşturmak için de kullanılabilir. McClung ve arkadaşları, "Bu ilerleme, çeşitli uygulamalara sorunsuz bir şekilde entegre edilebilecek, yüksek verimli ve kompakt optik sistemlerin geliştirilmesine olanak sağlıyor" diyor.

Eğer haklılarsa metalensler yakında yakınınızdaki bir akıllı telefona da gelmeli (ish)!

Kaynak: Discover Magazine