Yeni araştırma: hiperlens ve MEMS teknolojisinin birleşimi
Kılavuz
Son zamanlarda, ABD Enerji Bakanlığı (DOE) Argonne Ulusal Laboratuvarı ve Harvard Üniversitesi araştırmacıları optik iletişim, biyolojik görüntüleme ve lidar (LIDAR) sistemlerinde ilk kez işbirliği yaptılar. İki teknoloji: mikroelektromekanik sistemler (MEMS) ) Süper lens ile birleştirildi ve süper lensi MEMS platformunun üst katmanında başarıyla üretti.
arka fon
Dün, "Tarihte ilk defa! Makalede belirtilen "Bilim adamları, kuantum sistemlerini yeniden inşa etmek için yapay zeka kullanıyor": Bilim adamları, kuantum fiziği dünyasındaki yenilikçi araştırma vakalarını keşfetmek için yapay zeka yöntemlerini kullanıyor. Bunların arasında dikkatimize değer:
Bu araştırma, "kuantum fiziği" ve "yapay zeka" nın en son iki teknolojisini birleştiriyor.
Günümüzde çok disiplinli entegrasyon ve disiplinler arası yenilik, yeni bir teknolojik gelişme trendi haline geldi. Bugün, bir kez daha tanıtmak istediğim yenilikçi araştırma vakası, en son iki teknoloji alanını birleştiriyor: mikro-elektromekanik sistemler ve hiper lensler.
Her şeyden önce, ilgili arka plan bilgisine dair kısa bir anlayışa sahibiz. Mikro-elektro-mekanik sistem, mikro sistem, mikro-makine vb. Olarak da bilinen Mikro-Elektro-Mekanik Sistem (MEMS, Mikro-Elektro-Mekanik Sistem), boyutları birkaç milimetre veya daha küçük olan yüksek teknolojili cihazları ifade eder ve iç yapısı genellikle mikron veya Nano ölçek, bağımsız bir akıllı sistemdir. Mikroelektronik teknolojisi (yarı iletken üretim teknolojisi) temelinde geliştirilmiştir ve litografi, korozyon, ince film, LIGA, silikon mikro işleme, silikon olmayan mikro işleme ve hassas işleme teknolojileriyle yapılan yüksek teknoloji ürünü elektronik mekanik cihazları birleştirir. Örneğin, yazarın daha önce sıklıkla tanıttığı çip üzerinde laboratuvar teknolojisi, MEMS teknolojisinden ayrılamaz.
Süper lens, yazarın son zamanlarda sık sık bahsettiği ve tanıttığı son teknoloji bir teknolojidir. Meta-lensi anlamak için önce metamalzeme ve meta yüzey kavramlarını anlamak gerekir.
Metamalzemeler, yapay olarak tasarlanmış yapılar aracılığıyla gerçekleştirilen ve doğal malzemelerin sahip olamayacağı olağanüstü fiziksel özelliklere (negatif geçirgenlik, negatif geçirgenlik, negatif kırılma indisi vb.) Sahip kompozit malzemelerdir.
Metamalzemelere dayanarak, bilim adamları meta yüzeyleri daha fazla incelemeye başladı. Metasurface, belirli bir düzenlemede özel elektromanyetik özelliklere sahip yapay atomlardan oluşan, gelen ışığın genliği, fazı ve polarizasyonunda esnek ayarlamalar yapabilen ve güçlü ışık alanı manipülasyon yeteneklerine sahip iki boyutlu düzlemsel bir yapıdır. Metamalzemelerle karşılaştırıldığında, meta yüzeyler yalnızca geleneksel malzemelerin elektromanyetik özelliklerini kırmakla kalmaz, aynı zamanda iki boyutlu düzlemsel yapıları, metamalzemelerin üç boyutlu yapısını işlemenin zorluğunun üstesinden gelir ve nano-optik cihazların entegrasyonunu ve minyatürleştirilmesini kolaylaştırır.
Meta yüzeyler, lens işlevli nanoyapılardan oluşabilir, bu nedenle bir süper lens vardır. Başlangıçta, hiperlens, Harvard Üniversitesi Uygulamalı Fizik Bölümü'nde profesör olan Federico Capasso ve Florida Üniversitesi John Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu'ndaki (SEAS) araştırma ekibi tarafından geliştirildi. Geleneksel lenslerden farklı olarak süper lenslerin en büyük avantajları şunlardır: hafiflik ve incelik (nanometre düzeyinde kalınlık) ve minyatürleştirme. İşlevi geleneksel lensin çok ötesinde ve geleneksel optik cihazlardaki hantal ve hantal lens grubunu tamamen altüst ederek cep telefonu kameralarını, gözlükleri, sanal gerçekliği ve artırılmış gerçeklik donanımını çok ince ve hafif hale getirmesi bekleniyor.
Yazar, kısa bir süre önce, Harvard Üniversitesi'nin John Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu'ndaki (SEAS) araştırmacılar tarafından geliştirilen ve gelecekte "yapay göz" olması beklenen geniş alanlı uyarlanabilir hiperlensleri (metaller) tanıttı.
(Resim kaynağı: Capasso Laboratuvarı / Harvard SEAS)
Metamalzemelerin ve mikro-elektromekanik sistemlerin (MEMS) iki teknolojisi ilgisiz görünüyor, ancak araştırmacılar bunları birleştirmeye çalışıyor. Örneğin, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Duke Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, bu iki teknolojiyi, kızılötesi emisyon özelliklerine sahip ilk metamalzeme cihazını tasarlamak için birleştirdiler; bu, yalnızca hızla değişen kızılötesi desenleri göstermekle kalmayıp aynı zamanda atık ısı kullanımı için de kullanılabilir. Ek olarak, bu yeniden yapılandırılabilir metamalzemenin, kızılötesi aralıktaki dinamik kızılötesi optik pelerinlere ve negatif kırılma indisi ortamına da uygulanması beklenir.
(Resim kaynağı: referans [2])
Yenilikçilik
Son zamanlarda, ABD Enerji Bakanlığı (DOE) Argonne Ulusal Laboratuvarı ve Harvard Üniversitesi araştırmacıları optik iletişim, biyolojik görüntüleme ve lidar (LIDAR) sistemlerinde ilk kez işbirliği yaptılar. İki teknoloji: mikroelektromekanik sistemler (MEMS) ) Süper lens ile birleştirildi ve süper lensi MEMS platformunun üst katmanında başarıyla üretti.
Aşağıdaki şekil, bir MEMS tarayıcısına entegre edilmiş bir meta yüzey tabanlı düz merceğin (kare plaka) yakından görünümüdür. MEMS ve hiperlens kombinasyonu, yüksek hızlı dinamik kontrol ve hassas dalga cephesi uzamsal işlemenin avantajlarını birleştirerek sensördeki ışığı yönetir. Bu görüntü, Argonne Ulusal Laboratuvarı Nanomalzemeler Merkezi'nde optik bir mikroskopla çekildi.
(Resim kaynağı: Argonne Ulusal Laboratuvarı, ABD)
Aşağıdaki şekil, bir MEMS tarayıcısına entegre edilmiş bir meta yüzey tabanlı düz merceğin (dairesel) yakından görünümüdür. MEMS ve hiperlens kombinasyonu, yüksek hızlı dinamik kontrol ve hassas dalga cephesi uzamsal işlemenin avantajlarını birleştirerek sensördeki ışığı yönetir. Bu görüntü, Argonne Ulusal Laboratuvarı Nanomalzemeler Merkezi'nde optik bir mikroskopla çekildi.
(Resim kaynağı: Argonne Ulusal Laboratuvarı, ABD)
Daniel Lopez, Capasso ve dört ortak yazar, Argonne Ulusal Laboratuvarı Nanomalzemeler Merkezi Nanomateryaller Merkezi Nanomateryaller ve Cihaz Grubu direktörleri, "APL Fotonikleri" başlıklı bir makale yayınladı "MEMS teknolojisine dayalı dinamik meta yüzey merceği" başlıklı kağıt, ilgili araştırma sonuçlarını açıklamaktadır.
Nihai araştırma sonucu, bu iki teknolojinin en iyi işlevlerini birleştiren, optik sistemin boyutunu küçülten ve insansız otomobillerin ve kamyonların çevresindeki ortamı taramak için kullanılabilen yeni bir tür kızılötesi ışık odaklama sistemidir.
teknoloji
Süper lensler, mevcut lenslerden daha hafif ve daha incedir ve bilgisayar çipleri üretmek için kullanılan aynı teknoloji kullanılarak üretilebilir. MEMS aynı zamanda hareketli mikro aynalardan oluşan küçük bir mekanik cihazdır.
Daniel Lopez, "Bu cihazlar günümüz teknolojilerinin birçoğu için kritik öneme sahip. Araba hava yastıklarının etkinleştirilmesinden akıllı telefonların küresel konumlandırma sistemine kadar her alanda bulundu."
Makalede, araştırmacılar bu yeni cihazı nasıl yaptıklarını ve test ettiklerini anlattılar. Bu cihazların çapı 900 mikron ve kalınlığı 10 mikrondur (insan saçı kalınlığı yaklaşık 50 mikrondur).
Bu iki teknolojiyi birleştiren bir optik sistemde, MEMS aynası tarama ışığını yansıtır ve ardından hiperlens bu ışığı odaklayacaktır ve odaklama lensi gibi ek optik bileşenlere gerek yoktur. Argonne Ulusal Laboratuvarı ve Harvard Hukuk Üniversitesi'ndeki ekipler, iki teknolojiyi birbirlerinin performansını etkilemeden başarıyla birleştirdi.
Nihai hedef, günümüzde elektronik cihazların üretiminde kullanılan teknolojinin aynısını kullanarak, optik sistemin tüm bileşenlerini üretmektir: MEMS, ışık kaynakları ve meta yüzeylere dayalı optik cihazlar. Lopez: "O halde optik sistem temelde kredi kartı kadar ince olabilir." Dedi.
Şu anda, Argonne Ulusal Laboratuvarı Nanomalzemeler Merkezi, SEAS ve Harvard Nanosistemler Merkezi'ndeki (Ulusal Nanoteknoloji İşbirliği Altyapısının bir parçası) bilim adamları, iki teknolojinin yeni uygulamalarını daha da geliştirmek için işbirliği yapıyor.
değer
MEMS'de bulunan bu lens cihazları, sürücüsüz araçlara yol göstermek için LIDAR sistemini ilerletecek. Aksine, mevcut LIDAR sistemi, yakın engellerini tararken sadece birkaç fit çapındadır.
Lopez: "Özel, büyük, ağır lenslere ihtiyacınız var ve bunları hareket ettirmek için mekanik nesnelere ihtiyacınız var, bu da yavaş ve pahalı hale gelecek."
Capasso şunları söyledi: "MEMS teknolojisi ile süper lens teknolojisinin başarılı bir şekilde birleştirildiği tarihte ilk defa. Son derece uyumlu teknolojileri bu amaca ulaşıyor ve optik sistemlere yüksek hız ve çeviklik ve benzeri görülmemiş işlevler getirecek."
Anahtar kelime
Hyperlens, metamalzemeler, optik iletişim, MEMS, LIDAR, optik
Referans
[1]
[2] X. Liu, W.J. Padilla, "Yeniden yapılandırılabilir oda sıcaklığı metamalzeme kızılötesi yayıcı," Optica, Cilt 4, Sayı 4, 430-433 (2017).
DOI: 10.1364 / optica.4.000430
3 Tapashree Roy, Shuyan Zhang, Il Woong Jung, Mariano Troccoli, Federico Capasso, Daniel Lopez. MEMS teknolojisine dayalı dinamik meta yüzey lensi .APL Fotonik, 2018; 3 (2): 021302 DOI: 10.1063 / 1.5018865
