Работая с коллегами из Стэнфорда и Dow Chemical Company, исследователи из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн создали трехмерную микрооптику с градиентным показателем преломления (GRIN) с помощью электрохимического травления предварительно сформированных микроструктур Si, таких как квадратные колонки, структуры PSi. с заданными профилями показателя преломления.«Появление и рост трансформационной оптики за последнее десятилетие возродили интерес к использованию оптики GRIN для управления распространением света, — пояснил Пол Браун, профессор материаловедения и инженерии Ивана Рашеффа в Иллинойсе. «В этой работе мы выяснили, как связать начальную форму кремниевой микроструктуры и условия травления, чтобы реализовать уникальный набор желаемых оптических качеств.
Например, эти элементы демонстрируют новые поляризационно-зависимые оптические функции, включая расщепление и фокусировка, расширение использования пористого кремния для широкого спектра приложений интегрированной фотоники.«Ключ в том, что оптические свойства являются функцией тока травления», — сказал Браун. «Если вы измените ток травления, вы измените показатель преломления. Мы также считаем, что тот факт, что мы можем создавать структуры в кремнии, важен, поскольку кремний важен для фотоэлектрических систем, изображений и интегрированной оптики.«Наша демонстрация с использованием трехмерной, литографически определенной кремниевой платформы не только продемонстрировала мощь оптики GRIN, но и проиллюстрировала ее в многообещающем форм-факторе и материале для интеграции в фотонные интегральные схемы», — заявил Нил Крюгер, бывший доктор философии. студент исследовательской группы Брауна и первый автор статьи «Микрооптика с градиентным показателем преломления пористого кремния», опубликованной в Nano Letters.
«Настоящая новизна нашей работы заключается в том, что мы делаем это в трехмерном оптическом элементе», — добавил Крюгер, который недавно присоединился к Honeywell Aerospace в качестве ученого в области передовых технологий. «Это дает дополнительный контроль над поведением наших структур, учитывая, что свет следует криволинейным оптическим путям в оптически неоднородных средах, таких как элементы GRIN. Двойное лучепреломление этих структур является дополнительным преимуществом, поскольку связанные эффекты двойного лучепреломления / GRIN предоставляют возможность для элемента GRIN. для выполнения четких, избирательных по поляризации операций ".По словам исследователей, PSi изначально изучалась из-за его видимой люминесценции при комнатной температуре, но в последнее время, как показали этот и другие отчеты, оказался универсальным оптическим материалом, поскольку его наноразмерная пористость (и, следовательно, показатель преломления) может быть модулированным в процессе его электрохимического изготовления.«Прелесть этого процесса трехмерного производства в том, что он быстрый и масштабируемый», — прокомментировал Вэйцзюнь Чжоу из Dow. «Крупномасштабные наноструктурированные компоненты GRIN могут быть легко изготовлены для использования во множестве новых отраслевых приложений, таких как улучшенная визуализация, микроскопия и формирование луча».
«Поскольку процесс травления позволяет модулировать показатель преломления, этот подход позволяет разделить оптические характеристики и физическую форму оптического элемента», — добавил Браун. «Таким образом, например, линза может быть сформирована без необходимости соответствовать форме, которую мы думаем для линзы, что открывает новые возможности в разработке интегрированной кремниевой оптики».