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Un métal d’un diamètre de 100 mm fournit la grande ouverture numérique nécessaire pour imager des objets astronomiques tels que la lune. [Image: Capassso Lab/Harvard SEAS]
Federico Capasso et ses collègues de l’Université Harvard, aux États-Unis, ont fabriqué un métal en verre qui, selon eux, est suffisamment grand pour imager le soleil, la lune et les nébuleuses lointaines avec une haute résolution (ACS Nano, est ce que je.org/10.1021/acsnano.3c09462). Avec plus de 18 milliards de nanostructures gravées sur la surface du substrat de silice, la lentille de 100 mm fonctionne dans le domaine visible et peut être produite en série à l’aide de technologies standard de fabrication de puces.
Ingénierie des nanostructures
Les métalenses exploitent des nanostructures en forme de pilier pour focaliser et manipuler la lumière, permettant ainsi de combiner la fonction de plusieurs composants optiques en un seul élément à la fois plat et extrêmement fin. Cependant, les lentilles métalliques plus grandes nécessitent la fabrication d’un grand nombre de nanostructures conçues avec précision sur une vaste zone, ce qui est peu pratique à réaliser avec des outils d’écriture directe tels que la lithographie par faisceau d’électrons.
Capasso et son équipe ont montré il y a quelques années que des lentilles métalliques à l’échelle centimétrique pouvaient être produites par lithographie ultraviolette profonde, la plus couramment utilisée pour fabriquer des puces informatiques. En effet, une entreprise dérivée appelée Métalenz exploite désormais cette approche pour produire des éléments optiques compacts destinés à des applications telles que les téléphones mobiles, la robotique intelligente et la réalité augmentée et virtuelle.
L’espace à travers un metalens
Cependant, ces outils de lithographie n’exposent que de petites zones du substrat à la fois. Les chercheurs ont donc mis au point une méthode permettant d’assembler plusieurs parties du motif nanopillaire. Étant donné que la lentille présente une symétrie de rotation, ils ont divisé la zone de la plaquette en 25 sections, une au milieu et six dans chacun des quatre quadrants environnants, qui pouvaient toutes être structurées à l’aide de sept photomasques distincts. Ils ont d’abord exposé la section centrale ainsi que les six sections dans un quadrant, puis ont fait pivoter le substrat pour reproduire le motif dans chacun des quadrants restants.
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Une image de la lune prise par les métalens depuis le toit d’un immeuble à Cambridge, MA. [Image: Capassso Lab/Harvard SEAS]
Le processus entièrement automatisé prend environ 20 minutes et produit un métal d’environ 0,5 mm d’épaisseur, contre 21 mm pour une lentille réfractive normale du même diamètre. En optimisant la technique de gravure utilisée pour créer les nanopiliers, l’équipe a également fabriqué davantage de structures verticales avec des parois latérales plus lisses que celles obtenues auparavant.
Après avoir fabriqué l’objectif, les chercheurs l’ont combiné avec un filtre couleur et un capteur de caméra pour capturer des images détaillées du soleil, de la lune et de la nébuleuse d’Amérique du Nord. L’équipe a également démontré que les performances optiques de l’objectif, qui ont des applications potentielles dans l’imagerie à distance, ne sont pas affectées par les températures extrêmes ou les vibrations mécaniques intenses qui se produisent lors d’un lancement spatial.
2024-01-25 18:00:44
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