MEMS芯片获得了metalenses

镜头技术在各种规模上都有所提升，从数码相机和光纤中的高带宽到LIGO实验室仪器。现在，可以使用标准计算机芯片技术生产的新镜头技术正在出现，并且可以取代传统弯曲镜头的庞大层和复杂几何形状。

平板透镜与传统的透镜相比，相对轻质，基于称为超曲面的光学纳米材料。当亚表面的亚波长纳米结构形成某些重复的图案时，它们模仿折射光的复杂曲率，但具有较小的体积和改善的聚焦光的能力，同时具有减少的失真。然而，这些纳米结构器件中的大多数是静态的，这限制了它们的功能。

领导metalens技术的哈佛大学应用物理学家Federico Capasso和阿贡国家实验室纳米制造和设备组组长Daniel Lopez以及微机电系统(MEMS)的早期开发人员，集思广益于增加快速扫描和光束转向等运动功能对于新应用程序的metalenses。

Capasso和Lopez开发出一种将中红外光谱元高斯集成到MEMS上的器件。研究人员本周在AIP出版社的APL Photonics上报道了他们的发现。

MEMS是一种基于电路的技术，它结合了微电子技术，如计算机芯片中的微电子技术，并包括机械微结构，如执行器和齿轮。无论是从手机到安全气囊，生物传感设备，电器和光学器件，MEMS都是使用与典型计算机芯片上的集成电路相同的技术制造的。

“将数千个独立控制的MEMS上镜头集成到单个硅芯片上的密集集成将允许对光场进行前所未有的控制和操纵，”Lopez Said说。

研究人员在绝缘体上硅片上使用标准光刻技术形成了超曲面透镜，该晶片具有2微米厚的顶部器件层，200纳米的埋入氧化物层和600微米厚的处理层。然后，他们将平面透镜放置在MEMS扫描仪上，该扫描仪基本上是一个偏转光的微镜，用于高速光路长度调制。他们将镜头与MEMS的中央平台对齐，并通过沉积小铂金贴片将它们固定在一起。

“我们的MEMS集成超曲面透镜原型可以通过电子控制来改变平面透镜的角度旋转，并可以将焦点扫描几度，”Lopez说。“此外，这种基于表面的平面透镜与MEMS扫描仪的概念验证集成可以扩展到电磁频谱的可见光和其他部分，这意味着可以应用于更广泛的领域，例如基于MEMS的显微镜系统，全息和投影成像，激光雷达(光探测和测距)扫描仪和激光打印。“

当静电致动时，MEMS平台沿两个正交轴控制透镜的角度，允许在每个方向上扫描平面透镜焦点约9度。研究人员估计聚焦效率约为85%。

“这种metalenses可以使用相同的计算机芯片制造技术大规模生产，并且在未来，将取代传统镜头的广泛应用，”Capasso说。