Metalenses besar diproduksi dalam skala massal – Dunia Fisika

Dari kacamata hingga teleskop luar angkasa, lensa memainkan peran penting dalam teknologi mulai dari yang biasa hingga yang canggih. Meskipun lensa bias tradisional merupakan bahan dasar optik, lensa ini berukuran besar dan hal ini dapat membatasi cara penggunaannya. Lensa metal jauh lebih tipis dibandingkan lensa konvensional dan dalam dua dekade terakhir banyak perhatian telah menyoroti potensi perangkat ini, yang bisa menjadi alternatif yang menjanjikan.

Metalense adalah struktur tipis yang terbuat dari susunan “meta-atom”, yaitu motif dengan dimensi yang lebih kecil dari panjang gelombang cahaya. Meta-atom inilah yang berinteraksi dengan cahaya dan mengubah arah rambatnya.

Tidak seperti lensa bias konvensional, ketebalan metalense bisa kurang dari satu mikron, sehingga mengurangi keseluruhan volume sistem optik. Mereka juga dapat memberikan kinerja pemfokusan terbatas difraksi yang ideal, sekaligus menghindari beberapa masalah yang terkait dengan lensa bias seperti aberasi.

Hasilnya, metalense sangat menjanjikan dalam memperkecil ukuran perangkat optik, yang dapat berguna dalam berbagai aplikasi mulai dari kamera ponsel yang lebih baik hingga layar wearable yang lebih kecil. Namun, karena sifat desainnya yang rumit dan kebutuhan materialnya, metalense belum mencapai produksi massal dengan kelayakan dan biaya yang wajar. Kini, tim peneliti di Pohang University of Science and Technology (POSTECH) di Korea Selatan dipimpin oleh Junsu Rho, telah mengembangkan metode baru untuk membuat metalense berukuran ratusan sentimeter sekaligus. Dalam sebuah makalah yang diterbitkan di Bahan Alam, mereka menjelaskan bagaimana mereka menggunakan beberapa teknik litografi dan material hibrid yang berbeda untuk membuat metalense untuk digunakan dalam tampilan dan perangkat virtual reality (VR). Secara khusus, mereka menunjukkan bagaimana litografi nanoimprint, atau nanostamp, dapat menyediakan cara yang murah dan terukur dalam memproduksi metalense.

Ketika lensa tebal konvensional digunakan dalam optik, cahaya dibiaskan saat bergerak antara udara dan bahan lensa, dan sebaliknya. Pembiasan inilah yang mengubah jalur cahaya dan oleh karena itu bentuk lensa dan indeks biasnya merupakan dasar untuk mengendalikan cahaya.

Indeks bias dan bentuk masih penting dalam metalense. Namun, karena metalense secara makroskopis datar, maka bentuk dan komposisi atom meta-lah yang menentukan sifat optik suatu perangkat.

Meta-atom hibrid tim terbuat dari resin berlapis titania yang dicetak pada permukaan substrat kaca dengan berbagai ukuran seperti yang ditunjukkan pada gambar “Dipajang”. Meta-atom memiliki tinggi 900 nm, panjang 380 nm, dan lebar 70 nm. Lapisan Titania hanya setebal 23 nm. Jenis pola nano resolusi tinggi ini biasanya mahal dan hanya dapat digunakan untuk mencakup area kecil dalam satu waktu.

Teknologi silikon bertemu dengan nanostamping

Kini, Rho dan rekannya telah menyederhanakan produksi metalense dengan mengintegrasikan tiga teknologi fabrikasi yang sudah matang. Ini adalah fotolitografi, litografi nanoimprint dan deposisi lapisan atom. Fotolitografi melibatkan penggunaan laser ultraviolet dalam untuk membuat pola pada wafer silikon. Ini adalah teknik standar dalam industri elektronik dan juga dapat digunakan untuk membuat logam skala kecil. Namun, ini adalah proses yang mahal dan tidak layak untuk pembuatan metalense dalam skala besar.

Alih-alih menggunakan fotolitografi ultraviolet dalam untuk membuat logam, tim ini menggunakannya untuk membuat pola stempel utama berukuran 12 inci (30 cm) dan memiliki resolusi fitur 40 nm (lihat gambar “Proses produksi”). Stempel tersebut digunakan untuk mencetak kebalikan dari struktur meta-atom dalam cetakan replika yang terbuat dari silikon lembut. Resin cair kemudian dituangkan ke dalam cetakan silikon, kemudian dialirkan ke dalam alur nano sebelum mengeras. Hal ini memungkinkan tim untuk membuat ratusan metalense (silinder 1 cm pada gambar 2) pada saat yang bersamaan. Memang benar, struktur permukaan canggih yang ditunjukkan pada gambar pemindaian mikroskop elektron (lihat gambar “Proses produksi”) dapat dibuat dalam waktu kurang dari 15 menit.

Indeks bias resin terlalu rendah untuk memberikan kontrol cahaya yang diinginkan, sehingga lapisan tipis titania diendapkan di atas resin untuk meningkatkan indeks bias serta meningkatkan kekuatan mekanik struktur.

Biarlah ada VR ringan

Untuk mendemonstrasikan potensi metalense mereka, tim mengintegrasikannya ke dalam prototipe tampilan VR. Perangkat VR komersial menggunakan refleksi atau difraksi untuk memproyeksikan gambar virtual ke mata pengguna – dan ini menghasilkan perangkat berukuran besar yang harus mengakomodasi panjang fokus optik yang sesuai. Layar VR berbasis logam mengurangi jarak yang harus ditempuh cahaya dengan menggunakan desain berbasis transmisi. Hal ini membuat tampilan menjadi ringan dan nyaman dipakai. Meskipun tim hanya menguji tampilan mereka dengan gambar statis, perangkat tersebut menunjukkan harapan dengan membuat gambar menggunakan cahaya merah, hijau dan biru; elemen penyusun tampilan semua warna (lihat gambar “Tampilan prototipe”).

Tim tersebut mengatakan bahwa metode fabrikasi terukur mereka menghasilkan logam dengan kinerja lebih tinggi dibandingkan perangkat yang dibuat menggunakan metode yang lebih tradisional. Meskipun masih banyak ruang untuk kemajuan, munculnya metalense yang diproduksi secara massal membuka pintu bagi penggunaannya dalam biosensor, pencetakan warna dan hologram – serta tampilan VR.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoAiStream. Kecerdasan Data Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Mencetak Masa Depan bersama Adryenn Ashley. Akses Di Sini.
• Beli dan Jual Saham di Perusahaan PRE-IPO dengan PREIPO®. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/large-metalenses-are-produced-on-a-mass-scale/