再見鏡頭，你好超表面。所謂的超表面可以幫助使光學(xué)系統(tǒng)在未來變得更薄，同時(shí)增加其功能。

到目前為止，傳統(tǒng)的制造工藝通常只能實(shí)現(xiàn)小的超表面，通常小于一平方毫米。Fraunhofer IOF的研究人員現(xiàn)在首次成功地使用電子束光刻技術(shù)生產(chǎn)出直徑近30厘米的超表面，這是一項(xiàng)世界紀(jì)錄。科學(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)在《微/納米圖案、材料和計(jì)量學(xué)雜志》上發(fā)表了他們的方法。

研究人員首次成功地實(shí)現(xiàn)了直徑為30厘米的超表面，與一歐元硬幣對(duì)比。

弗勞恩霍夫應(yīng)用光學(xué)和精密工程IOF微納米結(jié)構(gòu)光學(xué)系主任Falk Eilenberger博士解釋說：“經(jīng)過500年的透鏡和鏡子，是時(shí)候提前思考了”。所謂的超表面可以在這里成為另一種選擇。這些組件將其完整的光學(xué)功能集中在一個(gè)表面，并通過納米結(jié)構(gòu)在表面實(shí)現(xiàn)此功能。Eilenberger解釋了與經(jīng)典鏡頭的區(qū)別，在鏡頭中，功能由宏觀幾何形狀定義。這就是為什么鏡頭又厚又彎曲的原因。現(xiàn)在我們有一個(gè)超表面。它很薄，尺度小于光的波長。

超表面在科學(xué)和研究中已經(jīng)使用了一段時(shí)間。然而，這里的組件通常只有幾平方毫米的尺寸。這對(duì)于學(xué)術(shù)研究來說已經(jīng)足夠了，但對(duì)于許多工業(yè)應(yīng)用來說卻不夠，當(dāng)然也不會(huì)在未來成為經(jīng)典鏡頭的真正替代品。

在電子束光刻的幫助下，弗勞恩霍夫IOF研究人員實(shí)現(xiàn)了高精度和高效率的高分辨率結(jié)構(gòu)。

因此，德國耶拿Fraunhofer IOF的研究人員致力于如何在更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的超表面問題。因此，他們現(xiàn)在首次展示了直徑為30厘米的超表面。Eilenberger說：“我們不是超表面的發(fā)明者。但我們是唯一能夠在如此大規(guī)模上展示它的人。”

高精度、高效率的高分辨率結(jié)構(gòu)

但是研究人員是如何實(shí)現(xiàn)這一里程碑的呢？答案是：借助電子束光刻技術(shù)。Fraunhofer IOF研究員兼該研究所科學(xué)理事會(huì)成員Uwe Zeitner教授解釋說：“為了產(chǎn)生我們的超表面，我們使用了電子束光刻的特殊書寫策略，稱為字符投影。字符投影是一種將圖案劃分為較小單元的方法。然后使用電子束在表面上依次創(chuàng)建這些小圖案中的每一個(gè)。這使得以高精度和高效率制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)成為可能。”

Zeitner繼續(xù)說道：“使用字符投影，可以以相對(duì)較高的速度并行曝光非常高分辨率的結(jié)構(gòu)。這對(duì)于電子束光刻來說是不尋常的“。Zeitner教授與他的弗勞恩霍夫同事Michael Banasch博士和Marcus Trost博士一起概述了電子束光刻在大面積上制造微光學(xué)和納米光學(xué)器件的潛力。

作者表明，傳統(tǒng)的平版印刷技術(shù)經(jīng)常達(dá)到制造較大結(jié)構(gòu)的極限。研究人員說：“由于波長以下的結(jié)構(gòu)尺寸很小，高分辨率電子束光刻原則上非常適合制造元結(jié)構(gòu)。”

Uwe Zeitner表示：“然而，這項(xiàng)技術(shù)相對(duì)較慢。到目前為止，基本上只有面積相對(duì)較小的元素被它實(shí)現(xiàn)，主要是幾平方毫米的數(shù)量級(jí)。對(duì)于較大的區(qū)域，曝光時(shí)間很快就會(huì)達(dá)到不切實(shí)際的大值。通過使用字符投影，科學(xué)家們現(xiàn)在能夠解決電子束光刻的高分辨率和大元素區(qū)域的問題，而不會(huì)使曝光時(shí)間爆炸”。因此，該論文的作者表明，電子束光刻可以成為一種在大面積上制造微米和納米光學(xué)結(jié)構(gòu)的技術(shù)。

減小尺寸，同時(shí)增加功能

新的制造技術(shù)可以幫助構(gòu)建未來明顯更薄的光學(xué)系統(tǒng)。Falk Eilenberger說：“這項(xiàng)技術(shù)可以徹底改變成像光學(xué)系統(tǒng)，因?yàn)樗鼘⒂锌赡軠p小系統(tǒng)的尺寸，同時(shí)增加其光學(xué)功能。”

Uwe Zeitner補(bǔ)充說：“這種大的超表面對(duì)于需要在狹小空間內(nèi)具有大偏轉(zhuǎn)角的緊湊型光學(xué)器件特別有利。例如，在虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡中就是這種情況。通過這種方法，也可以實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)中非常小的光學(xué)器件的有利設(shè)計(jì)。其他潛在應(yīng)用包括高分辨率光譜或計(jì)算機(jī)生成的全息圖。”

審核編輯 黃宇