Výroba a optimalizace dielektrických metačoček

Kód výsledku v 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>

Výsledek na webu

<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

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Výroba a optimalizace dielektrických metačoček

Popis výsledku v původním jazyce

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.

Název v anglickém jazyce

Fabrication and optimization of dielectric metalenses

Popis výsledku anglicky

An optical metasurface is composed of building blocks – nanostructures – which allow for control of the transmitted light with high spatial resolution and replication of the functionalities held by traditional optical components simultaneous to significant miniaturization of their absolute thickness. Plasmonic optical metasurfaces composed of metallic building blocks have limited possibilities in steering the phase of the light, which is transmitted through them and also, they suffer from losses caused by light absorption. Dielectric optical metasurfaces have no such limitations and generally show higher effectivity than their plasmonic alternatives – however, the fabrication of the dielectric building blocks is often challenging. To fabricate the dielectric optical metasurface with the functionality of a focusing lens, we first deposited the 550 nm thick layer of titanium dioxide on the transparent fused silica substrate using magnetron sputtering. This dielectric layer was subsequently transformed into the metasurface building blocks using the selective reactive ion etching through a chromium mask created with electron beam lithography. The shapes and sizes of the final metasurface building blocks were checked with scanning electron microscopy. The metasurface was designed for light with wavelength of 650 nm. The building blocks from titanium dioxide – cylinders with the height of 550 nm and diameters of 100 nm and 175 nm – are located on the metasurface in a square array (period 400 nm) and they are alternated in concentric-circle-shaped zones, which supports the functionality of the metasurface – focusing lens. The area of the created focusing lens is 100 μm x100 μm and its focal length was experimentally found as (63±5) μm.

Druh

G_funk - Funkční vzorek

CEP obor

—

OECD FORD obor

21001 - Nano-materials (production and properties)

Projekt

<a href="/cs/project/TN01000008" target="_blank" >TN01000008: Centrum elektronové a fotonové optiky</a><br>

Návaznosti

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

Rok uplatnění

2020

Kód důvěrnosti údajů

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

Interní identifikační kód produktu

DIEL-META

Číselná identifikace

168906

Technické parametry

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)

Ekonomické parametry

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.

Kategorie aplik. výsledku dle nákladů

—

IČO vlastníka výsledku

—

Název vlastníka

Středoevropský technologický institut VUT

Stát vlastníka

CZ - Česká republika

Druh možnosti využití

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

Požadavek na licenční poplatek

A - Poskytovatel licence na výsledek požaduje licenční poplatek

Adresa www stránky s výsledkem

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