研究人員首次整合了兩種廣泛應(yīng)用于光通信，生物成像和光探測和測距(LIDAR)系統(tǒng)等應(yīng)用的技術(shù)，這些系統(tǒng)掃描自動(dòng)駕駛汽車和卡車的周圍環(huán)境。

在美國能源部(DOE)阿貢國家實(shí)驗(yàn)室和哈佛大學(xué)的合作中，研究人員成功地在微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)平臺(tái)上制作了一個(gè)基于表面的透鏡。結(jié)果是一種新的紅外光聚焦系統(tǒng)，它結(jié)合了兩種技術(shù)的最佳特性，同時(shí)減小了光學(xué)系統(tǒng)的尺寸。

超穎表面可以在納米尺度上構(gòu)造，以像透鏡一樣工作。這些變?cè)怯晒鸫髮W(xué)應(yīng)用物理學(xué)教授羅伯特·L·華萊士和他在哈佛大學(xué)約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(SEAS)的團(tuán)隊(duì)Federico Capasso開創(chuàng)的。這些鏡頭正在迅速發(fā)現(xiàn)應(yīng)用，因?yàn)樗鼈儽痊F(xiàn)有鏡頭更薄且體積更小，并且可以用與制造計(jì)算機(jī)芯片相同的技術(shù)制造。與此同時(shí)，MEMS是小型機(jī)械設(shè)備，由微小的可移動(dòng)鏡子組成。

“這些設(shè)備是當(dāng)今許多技術(shù)的關(guān)鍵。它們已經(jīng)在技術(shù)上普及，并已被采用，從激活汽車安全氣囊到智能手機(jī)的全球定位系統(tǒng)，”阿爾貢納納米中心納米制造和設(shè)備組負(fù)責(zé)人Daniel Lopez說。材料，DOE科學(xué)用戶設(shè)施辦公室。

Lopez，Capasso和四位合著者描述了他們?nèi)绾卧贏PL Photonics的一篇題為“基于MEMS技術(shù)的動(dòng)態(tài)超曲面透鏡” 的文章中制作和測試他們的新器件。該裝置的直徑為900微米，厚度為10微米(人發(fā)約為50微米厚)。

該合作正在進(jìn)行的進(jìn)一步開發(fā)這兩種技術(shù)的新應(yīng)用的工作是在Argonne的納米材料中心，SEAS和哈佛納米系統(tǒng)中心進(jìn)行的，該中心是國家納米技術(shù)協(xié)調(diào)基礎(chǔ)設(shè)施的一部分。

在技??術(shù)上合并的光學(xué)系統(tǒng)中，MEMS鏡反射掃描光，然后元透鏡聚焦，而不需要諸如聚焦透鏡之類的附加光學(xué)元件。Argonne / Harvard團(tuán)隊(duì)克服的挑戰(zhàn)是在不損害其性能的情況下整合這兩種技術(shù)。

最終目標(biāo)是制造光學(xué)系統(tǒng)的所有組件 - MEMS，光源和基于表面的光學(xué) - 與當(dāng)今制造電子產(chǎn)品的技術(shù)相同。

“那么，原則上，光學(xué)系統(tǒng)可以像信用卡一樣薄，”洛佩茲說。

這些MEMS上的鏡頭設(shè)備可以推進(jìn)用于引導(dǎo)自動(dòng)駕駛汽車的LIDAR系統(tǒng)。相比之下，目前的LIDAR系統(tǒng)掃描其緊鄰的障礙物，直徑為幾英尺。

“你需要特定的，大而笨重的鏡頭，而你需要機(jī)械物體來移動(dòng)它們，這是緩慢而昂貴的，”洛佩茲說。

“第一次成功整合metalenses和MEMS，通過其高度兼容的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，將為光學(xué)系統(tǒng)帶來高速和靈活性，以及??前所未有的功能，”Capasso說。