Nature技术解析

光栅和全息图是经过微纳结构外表的衍射来对光信号进行调制的。虽然这种作用办法历史悠久,但人们一直在相关范畴不断的探究,以开展功用更为强壮的运用。进一步的开展能够根据傅立叶光学来规划、构筑傅里叶面的微纳结构,以生成所需的衍射输出信号。在这种战略中,需求能够准确地调制波前,抱负的样品外表概括应该包括正弦波的准确总和,每个正弦波具有清晰的起伏,频率和相位。可是因为技能的约束,一般只能制备有几个深度等级概括,无法取得杂乱的接连“波涛”外表,然后约束了运用简略的数学规划而完结杂乱的衍射光学作用。

研讨亮点

针对以上问题,苏黎世联邦理工的Nolan Lassaline博士等人,提出了一种简略而有用的办法来处理规划和制备间的距离,制备了恣意数量的正弦波组成的光学外表。Nolan Lassaline等人运用扫描热探针t-SPL技能与模板法相结合的战略,制备了周期性和非周期性的光学外表结构。多元线性光栅答应运用傅里叶光谱工程准确调控光信号。一起,Nolan Lassaline等人克服了从前光子学试验的约束,制备了能够在同一入射角一起耦合赤色,绿色和蓝色光的超薄光栅。更广泛地,Nolan Lassaline等人还剖析规划而且准确仿制了杂乱的二维莫尔条纹,准晶体和全息图结构,展现了多种曾经无法制备的衍射外表。Nolan Lassaline等人制备恣意3D外表的办法,将为光学设备以及光子学的新式区域带来新的机会。

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图1 一维调制傅里叶曲面实践作用图

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图2 二维调制傅里叶曲面实践作用图

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图3 周期性及准周期性傅里叶外表图画

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图4 傅里叶外表的运用

高精度三维刻写技能之于本作业的重要意义

苏黎世联邦理工的Nolan Lassaline博士运用NanoFrazor的高精度3D功用制备了一些共同的3D外表傅里叶光栅,对光波进行调控,有挑选地透射或许反射选定波长的光信号,使得光栅只和选定波长的光信号相互作用。这样就能够经过简略的数学模型核算和相关波长相互作用的傅里叶光栅来调控完结完美的光波输出。

曾经还没有能够彻底操控每个傅里叶光波成分和光栅相互作用的好办法。一些试验测验运用超外表,或许波涛形外表光栅,可是因为微纳制备技能的约束,不能完结对相互作用波长的彻底挑选。

规划或许制备不完美的外表会和多个波长相互作用下降有用信号的成分并添加系统的杂乱性。

有鉴于高精度3D纳米直写之于本作业的重要意义,NanoFrazor的高档出售工程师Wu博士特别与作者Nolan Lassaline博士进行了制备工艺方面的讨论和沟通,其间Nolan Lassaline博士关于NanoFrazor 3D纳米结构高速直写机的点评如下:

“In the field of diffractive optics, it has been known for a long time that wavy surface patterns would be ideal for manipulating light. However, due to the limitations of traditional fabrication techniques, it has not been possible to fabricate surfaces with arbitrary wavy profiles. This has ultimately limited the capabilities of diffractive optics, stimulating decades of research aimed at solving this problem. To overcome this limitation, we took advantage of the unique 3D patterning capabilities offered by the NanoFrazor. Amazingly, this allowed us to fabricate wavy metallic diffractive surfaces with an error of only 1.8 nm. We used this remarkable precision to fabricate a variety of previously impossible diffractive surfaces that show promise for both fundamental optics research and practical applications in photonics. We envision that this approach, made possible only by the NanoFrazor, will lead to advanced optical devices of the future. Beyond diffractive optics, these novel 3D surfaces open up many exciting possibilities for science and engineering across a number of different fields.”

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图5 傅里叶外表的规划与制备

关于本文傍边傅里叶外表的规划及制备流程:

A傅里叶外表的规划:

先将所要制备的外表概括的数学表达公式转换为灰度位图。图中每个像素为10 nm×10 nm,其深度等级介于0和255之间。位图在白色边框内的水平方向上为正弦函数,而笔直方向不变。位图中,白色边框中的像素设置为最小深度等级。

B银基傅里叶外表的制备工艺流程:

运用热扫描探针在聚合物抗刻蚀剂层中刻写规划好的纳米结构;

运用热蒸腾工艺在刻写后的聚合物外表堆积银,厚度大于500nm;

运用紫外光固化环氧树脂将显微镜载玻片固定于银层反面;

将玻片/环氧树脂/银堆叠结构剥离下来,然后完结制备

C经过模板制备得到的银基傅里叶外表。

文章作者Nolan Lassaline关于本作业的解说视频:

关于本作业的更多详细信息,可参阅如下信息:

原文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-020-2390-x?utm_source=other utm_medium=other utm_content=null utm_campaign=JRCN_2_DD01_CN_NatureRJ_article_paid_XMOL

Nolan Lassaline博士的视频介绍材料:https://www.youtube.com/watch?v=moGtRjjhbPk

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