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Fabricación por lotes de microlentes planas metálicas de banda ancha y sus matrices que combinan el autoensamblaje de la nanoesfera con la fotolitografía convencional

Resumen

Se ha demostrado que un nuevo método de fabricación por lotes de bajo costo que combina la litografía de nanoesferas de recubrimiento por rotación (NSL) con la técnica fotolitográfica convencional produce de manera eficiente las microlentes planas metálicas y sus matrices. Las microlentes desarrolladas están compuestas por nanoagujeros de sublongitud de onda y pueden enfocar la luz de manera efectiva en todo el espectro visible, con tamaños de focos cercanos al límite de difracción de Rayleigh. Al cambiar el espaciado y el diámetro de los nanoagujeros, se puede ajustar la eficiencia de enfoque. Aunque los defectos aleatorios comúnmente existen durante el autoensamblaje de nanoesferas, el rendimiento de enfoque principal, por ejemplo, la longitud focal, la profundidad de enfoque (DOF) y el ancho completo a la mitad del máximo (FWHM), se mantiene casi invariable. Esta investigación proporciona una forma económica de realizar los dispositivos nanofotónicos integrados a nivel de oblea.

Antecedentes

Las microlentes como una clase de los componentes ópticos más ubicuos, cuyo objetivo es manipular y enfocar la luz en la micro / nanoescala, tienen aplicaciones importantes, como la tecnología de visualización [1], la colimación del rayo láser [2], la detección molecular [3] y la óptica almacenamiento de información [4]. Aunque las microlentes refractivas se utilizan ampliamente en dispositivos comerciales con alto rendimiento óptico, inevitablemente sufren aberraciones esféricas, cromáticas y de tamaño voluminoso [5]. Por otro lado, las microlentes difractivas exhiben menos aberraciones, pero su tamaño físico y perfiles de superficie tridimensionales (3D) complejos las hacen menos útiles en dispositivos miniaturizados y de gran escala. Además, su fabricación requiere una alineación precisa durante múltiples procesos litográficos, lo que también limita su adopción en dispositivos micro / nanoópticos altamente integrados [6, 7].

Se han dedicado importantes esfuerzos a la exploración de plasmónicos en los últimos años [8, 9, 10], debido a la capacidad única de enrutar y manipular la luz a una escala de longitud nanométrica. Como categoría importante de dispositivos plasmónicos, se propusieron y desarrollaron lentes plasmónicos basados ​​en películas metálicas nanoestructuradas delgadas [11,12,13,14,15,16,17]. Los plasmones de superficie (SP) en películas metálicas se excitan por la interacción de la luz incidente con las oscilaciones de carga en la superficie de entrada de la lente y se comprimen en las nanoaberturas. Después de atravesar todas las películas metálicas en modos de guía de ondas específicos, los SP vuelven a cambiar a las ondas que se propagan. Las sub-ondas que se transmiten desde todas las nanoaberturas interferirán entre sí y formarán un punto de luz con la máxima intensidad a una cierta distancia de la superficie de salida de la lente, que también se denominan punto de enfoque y plano focal. En consecuencia, las microlentes planas metálicas que comprenden matrices de nanoaperturas son candidatos potenciales para lentes refractivas convencionales basadas en dieléctricos, lo que resalta la sublongitud de onda, pero el enfoque de banda ancha y permite la integración de un solo chip totalmente óptico u optoelectrónico. Sin embargo, todas las microlentes compuestas por nanoestructuras requieren técnicas de nanofabricación de alta precisión, como la litografía por haz de electrones (EBL) y el fresado por haz de iones enfocado (FIB). Aunque son herramientas poderosas para la creación de prototipos de microlentes, estos procesos son costosos, requieren mucho tiempo y no son adecuados para la fabricación en paralelo de gran superficie.

Recientemente, se informó sobre un tipo de microlente basado en nanoagujeros capaces de enfocar todas las longitudes de onda en el espectro visible en un solo punto empleando un método de fabricación por lotes de litografía de interferencia suave (SIL) seguido de un procedimiento de nanopatrón [18]. Desafortunadamente, este método no es ideal para microlentes porque los nanoagujeros alrededor de la periferia muestran un diámetro significativamente menor que el de los centrales, y algunos incluso están bloqueados, lo que provoca una gran desviación de la distancia focal del diseño. Por lo tanto, el desarrollo de una técnica de fabricación versátil y de gran superficie para microlentes es fundamental para sus aplicaciones prácticas; No obstante, el método eficaz que utiliza los enfoques actuales de arriba hacia abajo o de abajo hacia arriba sigue siendo un gran desafío. Además, vale la pena investigar los defectos aleatorios en el rendimiento de enfoque y el efecto de acoplamiento entre microlentes adyacentes.

Los prometedores métodos de fabricación de gran superficie, como la fotolitografía, la litografía de interferencia láser (LIL) y la litografía de nanoesferas (NSL), permiten la creación de diversas nanoestructuras. La fotolitografía se usa ampliamente en microelectrónica para fabricar circuitos integrados (CI). La combinación de fuentes de luz de longitud de onda corta, incluido el ultravioleta profundo (DUV) y el ultravioleta extremo (EUV), e innovaciones, como la litografía de inmersión y las máscaras de cambio de fase, han llevado el tamaño de la característica a la escala nanométrica [19, 20]. Aunque la litografía óptica tradicional basada en máscaras está bien establecida y se usa ampliamente en la industria de los circuitos integrados, también es muy costosa tanto de instalar como de operar. Como metodología de escala mucho más simple y económica, LIL se basa en la interferencia de varios rayos láser coherentes y puede producir estructuras periódicas unidimensionales (1D), bidimensionales (2D) y 3D con dimensiones de características cercanas a 20 nm [21] . Pero debido a la restricción de la tecnología, LIL es difícil de producir patrones en una escala de centímetros [22]. NSL es una técnica típica de autoensamblaje coloidal, que cumple con la nanofabricación efectiva de una manera altamente paralela, a escala de oblea y económica y utiliza nanoesferas hexagonales compactas de principalmente poliestireno (PS) o sílice como máscaras o plantillas para fotolitografía, evaporación, deposición, grabado, impresión, etc. [23, 24]. Debido a la disposición hexagonal compacta de nanoesferas, esto da como resultado una matriz similar de nanoestructuras. Además, tales estructuras pueden exhibir efectos de rejilla, por ejemplo, el rendimiento extraordinario de transmisión óptica (EOT) de las matrices de nanoagujeros, generalmente como resultado de la excitación de polaritones de plasmón de superficie (SPP) [25]. Esto es especialmente importante para muchas aplicaciones posibles, como la dispersión Raman mejorada en la superficie (SERS), la detección mejorada de vibraciones infrarrojas (IR), las células solares y la fluorescencia mejorada [26, 27, 28, 29].

En este trabajo, nuestro enfoque combina las ventajas de la NSL modificada, por ejemplo, fabricación de gran área y bajo costo, con la técnica fotolitográfica convencional para producir las microlentes planas metálicas deseadas que son similares a los "parches" de Odom. Las microlentes realizadas, como se demostró, pueden enfocar longitudes de onda de luz únicas en todo el espectro visible, así como la luz blanca de banda ancha con una divergencia mínima. Además, a través de la simulación y verificación experimental, los defectos aleatorios que existen comúnmente durante el procedimiento de autoensamblaje de nanoesferas en arreglos de nanoagujeros no revelan influencias dramáticas en el rendimiento de enfoque de las microlentes, lo que significa que los puntos focales de diferentes microlentes en la misma oblea tienen la dimensiones laterales idénticas, cerrándose al límite de difracción de Rayleigh. Las microlentes metálicas basadas en nanoagujeros y el método NSL así desarrollado que se presentan aquí pueden abrir una puerta para diseñar y fabricar un nuevo tipo de microlentes para dispositivos micro / nano ópticos planos transmisivos miniaturizados.

Métodos

El autoensamblaje de abajo hacia arriba de nanoesferas de PS dieléctricas como una ruta simple y de bajo costo para formar nanoagujeros de sublongitud de onda a menudo sufre defectos graves, por ejemplo, dislocaciones, multicapa y puntos o áreas vacantes. Para abordar estos problemas, llevamos a cabo estudios experimentales de los parámetros de recubrimiento por giro, incluida la velocidad de giro, la aceleración, la proporción de suspensión y la modificación hidrofílica de las superficies del sustrato, sobre la calidad de las matrices autoensambladas formadas en todo el 4-in. . oblea de vidrio. Aunque los parámetros optimizados se adoptan para reducir los defectos principales (vacantes y multicapa) y crear las correspondientes matrices de nanoagujeros mediante la transferencia de patrones, algunas dislocaciones y vacantes siguen siendo inevitables y se han trasladado a las estructuras de nanoagujeros finales.

La Figura 1 ilustra la combinación de una técnica de abajo hacia arriba (autoensamblaje de recubrimiento por rotación de nanoesferas de PS) y una técnica de arriba hacia abajo (fotolitografía) para la fabricación paralela de bajo costo de microlentes y sus matrices. En primer lugar, las nanoesferas de PS (de microParticles GmbH) se recubren por centrifugación sobre sustratos de vidrio, formando una máscara monocapa de nanoesferas con la red hexagonal (Fig. 1a). Después de la deposición de nanoesferas, su tamaño se modifica a través del plasma de oxígeno en un reactor de placas paralelas (Plasma Reactor, 0,75 Pa, O 2 100 sccm, 80 W), como se muestra en la Fig. 1b. En el siguiente paso, se pulveriza una capa de oro de 100 nm de espesor sobre las nanoesferas de PS monocapa (Fig. 1c). Después de eso, el proceso de despegue se realiza mediante la limpieza ultrasónica en tetrahidrofurano (THF), y así se logra una matriz de nanoagujeros a gran escala (Fig. 1d). Luego, la película de cromo (Cr) se pulveriza sobre la primera película de oro perforada (Fig. 1e) y se modela con las microlentes deseadas y sus matrices mediante fotolitografía (Fig. 1f), que domina el rendimiento de enfoque de las microlentes finalmente logradas. A continuación, se retira la capa de Cr expuesta por las áreas de apertura, dejando los nanoagujeros de oro perforados para transmitir la luz incidente (Fig. 1g). Después de limpiar el fotorresistente residual, se realizan las microlentes diseñadas y sus matrices (Fig. 1h).

Esquema de los principales pasos del proceso para fabricar las microlentes y sus matrices. un Recubrimiento por centrifugación de nanoesferas PS monocapa. b encogimiento de tamaño de nanoesferas de PS. c Au deposición. d eliminación de nanoesferas de PS. e Deposición de Cr. f transferencia de patrones de microlentes a fotorreservantes. g grabado en húmedo. h eliminación de fotorresistente

La Figura 2 muestra las imágenes representativas del microscopio electrónico de barrido (SEM) que muestran varias morfologías autoensambladas de nanoesferas de PS con el espaciado de celosía P =900 nm, es decir, el diámetro de las nanoesferas de PS empleadas. Las monocapas autoensambladas de nanoesferas de PS se empaquetan ordenadamente en una red hexagonal sobre los sustratos de vidrio en la Fig. 2a, d. Sin embargo, las dislocaciones que se muestran como "grietas" todavía están presentes, debido a la repulsión electrostática entre las partículas [30], así como los puntos vacíos. La Figura 2b, c ilustra áreas vacantes, defectos multicapa y empaquetados aleatoriamente, que se distribuyen en ciertas regiones con poca capacidad de control cuando los parámetros de recubrimiento por rotación no están optimizados o alterados.

Las imágenes SEM se muestran para a nanoesferas de PS monocapa empaquetadas ordenadamente y autoensambladas de 900 nm de diámetro, ( b ) Reducción del tamaño de PS en O 2 plasma que contiene los defectos de vacantes y multicapa, ( c ) nanoesferas PS empaquetadas aleatoriamente y ( d ) una vista ampliada de una unidad PS empaquetada hexagonalmente

La Figura 3 muestra el resultado de la difracción de luz visible en la máscara de nanoesferas y las imágenes de la cámara digital de 4 pulgadas. oblea y un chip de 10 mm × 10 mm con varias celdas de microlentes. Las microlentes individuales y su matriz se ilustran en la Fig. 3d, en la que se observan claramente los nanoagujeros subyacentes y las microlentes desprendidas. También revela los defectos aleatorios existentes en las microlentes individuales.

un Imagen de difracción del 4 pulg. Fabricado. máscara de nanoesfera monocapa a nivel de oblea. Fotografías de las microlentes fabricadas y sus matrices sobre un sustrato de vidrio en ( b ) el nivel de la oblea y ( c ) el nivel de viruta. d Imagen de microscopio óptico de la microlente de 8 μm y su matriz de 5 × 5 con una separación de 4 μm

Para explorar el rendimiento de enfoque de las microlentes logradas, comparamos los resultados de la simulación 3D en el dominio del tiempo de diferencia finita (FDTD) con las pruebas experimentales. Nuestra configuración experimental, como se describe en la Fig. 4, que emplea el microscopio óptico invertido Nikon como plataforma operativa principal, se utiliza para mapear los campos ópticos generados a partir de la onda plana incidente en la microlente. Después de transmitir a través de la microlente, un objetivo de microscopio de inmersión en aceite de alta calidad (100 ×, NA =1,49) toma imágenes de patrones de motas en una cámara CCD y es impulsado por el controlador piezoeléctrico E-816 (Physik Instrumente (PI)) con un paso a paso. longitud de 100 nm. Después de recolectar cientos de cortes de luz 2D, se puede construir el campo óptico 3D a lo largo del eje de propagación de la microlente.

Configuración experimental para caracterizar el rendimiento de enfoque óptico de microlentes y sus matrices. Un láser de onda continua (CW) de 532 nm se expande mediante un telescopio para obtener un haz homogéneo. Al pasar a través de la microlente, el patrón de moteado transmitido es recogido por un objetivo de microscopio y medido por un CCD

Resultados y discusión

  1. I.

    Concentración del rendimiento de las microlentes

El modelo 3D de microlentes con un diámetro de d que tiene nanoagujeros circulares dispuestos en una celosía hexagonal se establece mediante el método FDTD. El colimado, x -Se ilumina luz polarizada con una longitud de onda operativa de 532 nm, se observa un punto focal bien definido (ubicación de máxima intensidad) en el x - z plano (lo mismo que y - z plano ya que el campo electromagnético se distribuye simétricamente) a través del centro de las microlentes de 4 μm, y el ancho completo a la mitad del máximo (FWHM) del punto en el plano focal es de 1,25 μm (Fig. 5a), que está cerca al límite de difracción de Rayleigh de 0,912 μm calculado por 0,61 λ / NA [31]. Además, los patrones ópticos de campo lejano se simulan con los espaciamientos de celosía de 522 y 900 nm, y se seleccionan las longitudes de onda operativas de 532 y 633 nm. Las distancias focales simuladas son 12 y 10,4 μm para las microlentes de 4 μm en λ =532 y 633 nm, respectivamente, y el valor aumenta a 46 μm para las microlentes de 8 μm en λ =532 nm, como se muestra en la Fig. 5a, c. Debido a que sus efectos de enfoque no son consecuencia de la ingeniería del frente de onda, las microlentes de 4 μm con espaciado de celosía de 522 o 900 nm tienen puntos focales casi idénticos, lo que valida que la distancia focal depende principalmente del tamaño de la lente y la longitud de onda de trabajo.

un Mapeos de campo óptico de las microlentes de 4 μm para los casos simulados de a1 λ =633 nm, P =522 nm; a2 λ =532 nm, P =522 nm; a3 λ =532 nm, P =900 nm; y a4 el resultado medido de λ =532 nm, P =900 nm. b La intensidad de la luz axial de la integral R-S calculada, la simulación FDTD y la medición óptica para la microlente diseñada de d =4 micras. c La diferencia de intensidad de campo para c1 simulado y c2 resultados medidos cuando d =8 μm en λ =532 nm, P =900 nm. d La intensidad axial de la microlente de d =8 micras. Los campos de intensidad a lo largo de y-z los planos se distribuyen de forma idéntica como x-z aviones

El punto focal está sujeto al límite de difracción de Rayleigh clásico porque el enfoque de campo lejano no se origina en la recuperación del campo evanescente [32] o superoscilaciones [33]. Por tanto, la dependencia de la longitud focal de la longitud de onda operativa puede expresarse mediante una relación derivada de la integral de Rayleigh-Sommerfeld (R-S) [18]. De la Fig. 5b, d, podemos ver que las distribuciones de campo óptico calculadas por la integral R-S concuerdan muy bien con los resultados de la simulación FDTD para ambos casos. Sin embargo, los resultados de la medición muestran una ligera diferencia debido a los diversos errores introducidos durante el procedimiento de fabricación y la medición óptica. Vale la pena señalar que para el caso de 4 μm, la desviación de medición en contraste con la simulación es del 8,3%, en comparación con el 1,1% para el caso de 8 μm. En otras palabras, las microlentes de mayor diámetro son más insensibles a los errores normales.

Dado que el rendimiento de enfoque es irrelevante para la ingeniería del frente de onda, el rendimiento óptico del punto focal depende de la transmisión mejorada de SP a través de las aberturas de sublongitud de onda [18]. Cuando los resultados de la figura 6 se comparan con los espectros de transmisión de las diferentes microlentes, las transmisiones mejoradas y las transmisiones suprimidas están presentes en diferentes longitudes de onda dependiendo del espaciado de la red. Según informes anteriores [34], se descubrió que la respuesta espectral selectiva se deriva del efecto combinado de la resonancia de plasmón de superficie de propagación (PSPR) sostenida en la interfaz metal / dieléctrico y la resonancia de plasmón de superficie localizada (LSPR) alrededor de los nanoagujeros. Como se observa en la Fig. 6c, las ubicaciones de las caídas de la transmisión, como lo implican los círculos, aparecen con un desplazamiento hacia el rojo a lo largo de la x -Eje de coordenadas a medida que aumenta el espaciado de celosía, por lo que es con los picos de transmisión. Esto dota a las microlentes de capacidades inusuales para controlar el rendimiento óptico en longitudes de onda específicas y garantiza que las microlentes se diseñen fácilmente con un enfoque de alta eficiencia. La figura 6a, b muestra las distribuciones de campo de una microlente de 4 μm para el caso de P =400 nm en la longitud de onda de inmersión de 581 nm y el pico de 681 nm, respectivamente. Excepto por una disminución en la distancia focal introducida por el aumento de la longitud de onda, la intensidad del punto focal para la longitud de onda de 681 nm es casi 100 veces mayor que la de λ =581 nm.

un , b Resultados de la simulación de los patrones de campo eléctrico de las microlentes de 4 μm cuando P =400 nm a la longitud de onda de trabajo de λ =581 nm (caída de transmisión) y 681 nm (pico), respectivamente. c Espectros de transmitancia total simulados para las microlentes correspondientes a los espaciamientos de celosía P =400, 530 y 600 nm en el rango de frecuencia de 400 ~ 800 nm, y el recuadro muestra el modelo de una microlente de 4 μm. Las caídas y los picos de transmisión están marcados por círculos y triángulo , respectivamente

  1. II.

    Influencias de defectos aleatorios

A pesar del hecho de que NSL es un método de fabricación altamente paralelo para crear matrices de nanoagujeros de gran área en las microlentes y sus matrices, un problema percibido de esta técnica es que los defectos se distribuyen aleatoriamente a lo largo de la capa de nanoagujeros de las microlentes. Los defectos son casi inevitables durante el proceso de autoensamblaje de las nanoesferas, que normalmente se cree que limitan fundamentalmente la resolución y la profundidad de penetración de los métodos ópticos. Sin embargo, es sorprendente que los defectos ofrezcan una alternativa inusual a las estructuras periódicas convencionales para manipular la luz. Se ha demostrado que algunos defectos aleatorios mejoran, en lugar de deteriorar, la nitidez del enfoque en un experimento óptico específico [35, 36]. Por lo tanto, la influencia de los defectos generados por nuestro proceso de fabricación en el rendimiento de enfoque de las microlentes estudiadas aquí es esencial para aplicaciones prácticas y la investigación adicional sobre cristales fotónicos aleatorios.

Aparte de las vacantes, las dislocaciones y los defectos multicapa mencionados anteriormente que se generan a partir del procedimiento de autoensamblaje de las nanoesferas, la deformación de la forma de los nanoagujeros también puede existir en las microlentes finales durante la contracción del PS y la eliminación del PS como resultado del desequilibrio O 2 grabado con plasma. Por lo tanto, estos defectos que consideramos se pueden clasificar como defectos de forma y posición. Para demostrar el impacto de los defectos de forma en el rendimiento de enfoque de las microlentes, presentamos las microlentes con diferentes distorsiones σ en los nanoagujeros cuando su factor de relleno común es 0,33 y las imágenes de enfoque óptico correspondientes se dan en la Fig. 7a. Obviamente, estos patrones de enfoque para casos de σ =0.4 y σ =0,7 son casi iguales excepto por la ligera variación de la intensidad de los focos. Más obviamente, como se ve en la Fig. 7a, los patrones de focos similares en a1, a2 y a3 indican que el mayor grado de deformación y el cambio de dirección de deformación imponen una influencia insignificante en las propiedades de enfoque de las microlentes.

un Los puntos focales de las microlentes son independientes del error de redondez σ de nanoagujeros. Las propiedades de enfoque no muestran un cambio claro cuando σ =0 (nanoagujeros redondeados) en la Fig.5 se incrementa a a1 σ =0.4, a2 σ =0,7 con una dirección horizontal distorsionada y a3 σ =0,7 con una dirección distorsionada perpendicular. b Introducción de la aleatoriedad espacial en las posiciones de los nanoagujeros. Las direcciones de desviación son aleatoriamente diferentes de un pozo a otro, pero la longitud de la desviación δ se mantiene constante para cada hoyo. Se obtienen los mismos patrones de enfoque cuando la longitud de la desviación b1 δ =0, b2 δ =50 nm y b3 δ =100 nm

Para explorar las influencias de los defectos de posición, desviamos las posiciones de los nanoagujeros en diferentes direcciones con una longitud δ . La dirección de desviación de cada agujero se distribuye aleatoriamente de un agujero a otro y se mantiene constante para cada δ (ver Fig. 7b). Con el aumento de δ , los nanoagujeros se desvían del estado perfectamente compacto y se vuelven "más aleatorios". Tres patrones de enfoque similares de microlentes con respecto a diferentes posiciones aleatorias de nanoagujeros, δ =0, 50 y 100 nm. Además, se observa que aparece una ligera disminución en la intensidad de los focos en el perfil de campo con una matriz de nanoagujeros más aleatoria. Sobre todo, revela que los defectos de forma y posición dentro de las microlentes tienen poco efecto en el rendimiento de enfoque y, en su mayoría, solo modulan la intensidad de los focos.

  1. III.

    Concentración del rendimiento de las matrices de microlentes

La Figura 8 muestra la matriz de microlentes de 3 × 3 fabricada con diferentes espaciamientos y los patrones ópticos medidos experimentalmente bajo λ =532 nm, así como la iluminación de banda ancha. Tenga en cuenta que los puntos focales de las microlentes con más dislocaciones en la matriz son más débiles que los de otras microlentes en la Fig. 8b. Esto se debe a que los defectos de dislocación reducen efectivamente el número de nanoagujeros que contribuyen al patrón de interferencia óptica. Además, los resultados muestran una excelente concordancia con los obtenidos por las simulaciones FDTD de que los defectos afectan principalmente a la intensidad de los focos. Además, las microlentes pueden enfocar la luz blanca de banda ancha (Fig. 8 (a2) y (b2)) debido a la mínima aberración cromática. Los puntos focales bajo la iluminación de luz blanca tienen dimensiones laterales similares a los de una sola longitud de onda, mientras que la distancia focal de banda ancha es aproximadamente el promedio de las distancias focales en las longitudes de onda mejoradas por SP. Además, el efecto de acoplamiento de enfoque en la matriz de microlentes que habíamos analizado en nuestra investigación anterior [37] emerge en los patrones de enfoque obtenidos como las regiones C, D y E marcadas en la Fig. 8 (b1) y (b2).

un Imágenes de microscopio óptico para la matriz de microlentes de 3 × 3 fabricada con una separación de 8 μm cuando d =8 μm y los patrones ópticos medidos ( A - A ) en (a1) la longitud de onda única de λ =532 nm y (a2) la iluminación de banda ancha. Se observan focos idénticos de microlentes individuales. b Resultados experimentales ( B - B ) para la matriz de microlentes de 3 × 3 con un espaciado de 4 μm debajo de (b1) la longitud de onda única de λ =532 nm y (b2) la iluminación de banda ancha. El efecto de acoplamiento entre dos microlentes adyacentes, indicado por las regiones C , D y E , se puede observar

Conclusiones

En resumen, hemos demostrado por primera vez que la técnica NSL como método altamente paralelo y de bajo costo se puede utilizar para fabricar las microlentes planas metálicas que funcionan en todo el espectro visible. Con el apoyo de los resultados experimentales y simulados, las propiedades de enfoque de las microlentes se pueden explicar mediante una combinación de interferencias ópticas y efectos de plasmones superficiales. Teniendo en cuenta el espaciado de la red y el diámetro de los nanoagujeros, las microlentes se pueden adaptar para proporcionar una alta transmisión en longitudes de onda específicas. El rendimiento de enfoque de las microlentes desde el estado perfecto al defectuoso se aprovecha mediante el método FDTD. Tanto las simulaciones como los experimentos aclaran que los defectos aleatorios en las matrices de nanoagujeros simplemente afectan la eficiencia de enfoque de las microlentes y el efecto de acoplamiento de enfoque, como se predijo, ocurre tanto con la iluminación de una sola longitud de onda como con la de banda ancha. La capacidad de enfoque de banda ancha, el tamaño miniaturizado y la técnica de fabricación versátil abren un gran potencial para dispositivos totalmente ópticos u optoelectrónicos compactos y económicos, como la energía fotovoltaica [26], los filtros de color [38] y la detección del índice de refracción [39]. .

Abreviaturas

3D:

Tridimensional

CCD:

Dispositivo de carga acoplada

FDTD:

Dominio del tiempo de diferencia finita

FWHM:

Ancho completo a la mitad del máximo

LIL:

Litografía de interferencia láser

NA:

Apertura numérica

NSL:

Litografía de nanoesferas

PD:

Poliestireno

SEM:

Microscopio electrónico de barrido


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