Fabrication and optimization of dielectric metalenses

Result code in IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F00216305%3A26620%2F20%3APR34244" target="_blank" >RIV/00216305:26620/20:PR34244 - isvavai.cz</a>

Result on the web

<a href="http://surfaces.fme.vutbr.cz/laboratories/developed-instruments/focusing-lens-as-a-dielectric-metasurface/" target="_blank" >http://surfaces.fme.vutbr.cz/laboratories/developed-instruments/focusing-lens-as-a-dielectric-metasurface/</a>

DOI - Digital Object Identifier

—

Result language

čeština

Original language name

Výroba a optimalizace dielektrických metačoček

Original language description

Optický metapovrch se skládá ze stavebních kamenů – nanostruktur – kterými je možné ovládat fázi prošlého světla s vysokým prostorovým rozlišením a replikovat tak funkčnost tradičních optických prvků za současného výrazného zmenšení jejich celkové tloušťky. Plasmonické optické metapovrchy sestávající z kovových stavebních kamenů mají jen omezenou schopnost měnit fázi světla, které jimi projde, a taky v nich dochází ke ztrátám způsobeným absorpcí. Dielektrické optické metapovrchy tato omezení nemají a jsou obecně účinnější – výroba jejich stavebních kamenů ale bývá zpravidla náročná. Pro přípravu dielektrického optického metapovrchu s funkčností spojné čočky byla na transparentní substrát z taveného křemene nejdříve pomocí magnetronového naprašování nanesena 550 nm vysoká vrstva oxidu titaničitého. Tato dielektrická vrstva byla následně upravena do podoby stavebních kamenů metapovrchu selektivním reaktivním iontovým leptáním přes chromovou masku vytvořenou pomocí elektronové litografie. Tvary a velikosti výsledných stavebních kamenů metapovchu byly kontrolovány pomocí rastrovací elektronové mikroskopie. Metapovrch byl navrhnut pro záření s vlnovou délkou 650 nm. Stavební kameny z oxidu titaničitého ve tvarech válců s výškou 550 nm a průměrmi 100 nm a 175 nm jsou na metapovrchu umístěny ve čtvercové síti s rozestupy 400 nm a střídají se v zónách tvořených ze soustředných kružnic, čím je zabezpečena funkčnost metapovrchu – spojné čočky. Plocha vytvořené spojné čočky je 100 μm x 100 μm a její ohnisková vzdálenost byla experimentálně určena jako (63±5) μm.

Czech name

Výroba a optimalizace dielektrických metačoček

Czech description

Optický metapovrch se skládá ze stavebních kamenů – nanostruktur – kterými je možné ovládat fázi prošlého světla s vysokým prostorovým rozlišením a replikovat tak funkčnost tradičních optických prvků za současného výrazného zmenšení jejich celkové tloušťky. Plasmonické optické metapovrchy sestávající z kovových stavebních kamenů mají jen omezenou schopnost měnit fázi světla, které jimi projde, a taky v nich dochází ke ztrátám způsobeným absorpcí. Dielektrické optické metapovrchy tato omezení nemají a jsou obecně účinnější – výroba jejich stavebních kamenů ale bývá zpravidla náročná. Pro přípravu dielektrického optického metapovrchu s funkčností spojné čočky byla na transparentní substrát z taveného křemene nejdříve pomocí magnetronového naprašování nanesena 550 nm vysoká vrstva oxidu titaničitého. Tato dielektrická vrstva byla následně upravena do podoby stavebních kamenů metapovrchu selektivním reaktivním iontovým leptáním přes chromovou masku vytvořenou pomocí elektronové litografie. Tvary a velikosti výsledných stavebních kamenů metapovchu byly kontrolovány pomocí rastrovací elektronové mikroskopie. Metapovrch byl navrhnut pro záření s vlnovou délkou 650 nm. Stavební kameny z oxidu titaničitého ve tvarech válců s výškou 550 nm a průměrmi 100 nm a 175 nm jsou na metapovrchu umístěny ve čtvercové síti s rozestupy 400 nm a střídají se v zónách tvořených ze soustředných kružnic, čím je zabezpečena funkčnost metapovrchu – spojné čočky. Plocha vytvořené spojné čočky je 100 μm x 100 μm a její ohnisková vzdálenost byla experimentálně určena jako (63±5) μm.

Type

G_funk - Functional sample

CEP classification

—

OECD FORD branch

21001 - Nano-materials (production and properties)

Project

<a href="/en/project/TN01000008" target="_blank" >TN01000008: Center of electron and photonic optics</a><br>

Continuities

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Publication year

2020

Confidentiality

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Internal product ID

DIEL-META

Numerical identification

168906

Technical parameters

Dielektrický metapovrch s vlastnostmi spojné čočky tvořený z nanosloupců s výškou 550 nm a průměry 100 nm a 175 nm z oxidu titaničitého připravených na transparentních nevodivých substrátech (SiO2). Experimentálně ověřená ohnisková vzdálenost spojné čočky pro vlnovou délku 650 nm je (63±5) μm. Jedná se o funkční vzorek získání technologie a litografického know-how pro přípravu optických kovových metapovrchů na transparentních nevodivých substrátech, což bude implementováno pro následný rok při vývoji technologie na přípravu dielektrických metapovrchů na transparentních substrátech. Je plánováno, že tyto dielektrické metapovrchy budou již komerčně využity přímo partnerem projektu, firmou Meopta - optika, s.r.o. (Kabelíkova 1, Přerov; IČ: 47677023; Kontaktní osoba: Ing. Jaroslav Hopp, Ph.D; Jaroslav.Hopp@meopta.com)

Economical parameters

Materiálové a energetické náklady na výrobu dielektrických nanostruktur nepřevyšují částku 1 000 Kč. Strojový čas potřebný na výrobu funkčního vzorku stavebních kamenů dielektrického metapovrchu nepřevyšuje 20 hodin. Celková finanční částka je silně závislá na velikosti plochy, kterou má výsledný dielektrický metapovrch pokrývat. Důležitým výsledkem je optimalizace výrobních parametrů parametrů pro jednotlivé technologické kroky včetně elektronové litografie, depozice tenkých vrstev a suchého leptání.

Application category by cost

—

Owner IČO

—

Owner name

Středoevropský technologický institut VUT

Owner country

CZ - CZECH REPUBLIC

Usage type

A - K využití výsledku jiným subjektem je vždy nutné nabytí licence

Licence fee requirement

A - Poskytovatel licence na výsledek požaduje licenční poplatek

Web page

http://surfaces.fme.vutbr.cz/laboratories/developed-instruments/focusing-lens-as-a-dielectric-metasurface/