Дослідники розробили революційний метод виробництва зонних пластин Френеля — тонких як папір оптичних лінз — за допомогою стандартних технологій виробництва напівпровідників. Ці лінзи, хоч і менш ефективні на цей час, обіцяють революцію в галузях від астрономії до споживчої електроніки з їхнім потенціалом для масового виробництва та спеціального дизайну.
Перевизначення виробництва оптичних пристроїв
Тонкі як папір оптичні лінзи, досить прості для масового виробництва з використанням методів виробництва мікрочипів, можуть прокласти шлях для нового покоління компактних оптичних пристроїв. Дослідники з Токійського університету та JSR Corp. виготовили та випробували плоскі лінзи, відомі як зонні пластини Френеля (FZP), використовуючи загальне обладнання для виробництва напівпровідників, зокрема i-line stepper. Це перший випадок, коли такі лінзи були виготовлені з таким підходом. Хоча цим пласким лінзам зараз не вистачає ефективності звичайних лінз, вони мають значний потенціал для революції в оптиці в таких галузях, як астрономія, охорона здоров’я та побутова електроніка.
Хоча плоскі лінзи, такі як металеві лінзи, вже існують, вони дорогі, складні та обмежені в доступності. Виробники, керуючись потребою у вищій якості, кращій продуктивності та нижчій вартості, досліджують альтернативні технології за допомогою академічних дослідників. FZP виявилися багатообіцяючим рішенням, особливо для додатків, де простір є дуже важливим. Дослідники вперше успішно виготовили зразки лінз за допомогою простого та ефективного процесу з використанням стандартного промислового обладнання.
Прорив у технології виробництва лінз
«Ми розробили простий і придатний для масового виробництва метод для FZP, використовуючи звичайну систему напівпровідникової літографії або степпер», — сказав доцент Куніакі Коніші з Інституту фотонної науки та технологій. «Це пов’язано з особливим типом фоторезиста або маски під назвою кольоровий резист, який спочатку був розроблений для використання як кольорові фільтри. Просто наносячи покриття, експонуючи та розвиваючи цей матеріал, ми створили лінзи, здатні фокусувати видиме світло лише до 1,1 мікрона, що приблизно в 100 разів тонше людської волосини».
Поточний недолік нових FZP полягає в тому, що вони мають ефективність збору світла лише 7%, тобто вони створюють зображення з надмірним шумом. Але команда вже працює над тим, як збільшити це в чотири рази, змінивши спосіб використання кольорових резистів. Однак це вимагатиме більшого контролю над фізичними властивостями кольорових резистентів, ніж це було надано дослідникам під час цього дослідження, хоча можливість це зробити існує.
Майбутні перспективи та переваги для навколишнього середовища
«На додаток до ефективного виготовлення FZP, ми також розробили моделювання, яке, як підтверджено, дуже точно відповідає нашим експериментам. Це означає, що ми могли б адаптувати дизайн відповідно до конкретних застосувань у різних галузях, таких як медицина, перш ніж почати виробництво», – сказав Коніші. «Крім того, ми також передбачаємо екологічні та економічні переваги, оскільки, на відміну від традиційних методів виробництва, процес виробництва FZP усуває потребу в токсичних хімікатах для травлення та значно знижує споживання енергії».
Отже, може пройти деякий час, перш ніж FZP допоможуть вам зафіксувати моменти з високою точністю зображення за допомогою ультратонкого смартфона, але це чи технологія, натхненна нею, швидше за все, з’явиться незабаром.
