La recherche de dispositifs optiques plus petits et plus puissants se heurte à un obstacle, en particulier dans le spectre infrarouge (IR). Alors que les lentilles et les composants conventionnels sont souvent encombrants et monofonctionnels, la gamme infrarouge, essentielle pour la détection, l’imagerie et les communications, manque d’outils diversifiés et compacts de mise en forme des faisceaux.
Les métasurfaces, films structurés ultraminces, offrent une solution, permettant de manipuler la lumière à une échelle sans précédent. Cependant, leur création est traditionnellement lente et complexe.
Une voie plus simple avec l’écriture directe au laser
Une approche différente change la donne : L’écriture directe au laser (DLW). Des recherches récentes confirment que l’écriture directe au laser offre une « alternative simple et pratique » et présente « un grand potentiel pour accélérer la fabrication et permettre un prototypage rapide ». Au lieu d’une lithographie complexe en plusieurs étapes, l’écriture directe au laser utilise un faisceau laser focalisé pour modeler directement des éléments optiques.
Cette méthode est particulièrement intéressante lorsqu’elle est associée à des matériaux à changement de phase (MCP) tels que l’In3SbTe2 (IST). L’IST peut passer localement d’un état isolant à un état métallique à l’aide d’impulsions laser. En « dessinant » de minuscules antennes métalliques et en contrôlant précisément leur orientation, DLW peut créer des métasurfaces qui utilisent la « phase géométrique » pour sculpter la lumière. Cela permet de programmer directement sur la surface des fonctions complexes telles que l’orientation du faisceau, la lentille, l’holographie et même la génération de faisceaux tourbillonnaires exotiques.
Permettre des métasurfaces à la demande
Quelle est l’importance de ce procédé ? La DLW rend la fabrication de métasurfaces fonctionnelles de grande surface « beaucoup plus simple, rentable et rapide que les techniques de fabrication encombrantes telles que la lithographie conventionnelle », qui impliquent de multiples conceptions de masques chronophages et des étapes de gravure coûteuses. La capacité démontrée de fabriquer des métasurfaces complexes à l’échelle du millimètre contenant des millions d’antennes individuelles en quelques heures seulement met en évidence la puissance de l’écriture directe pour le prototypage rapide.
Il ne s’agit pas seulement de rapidité, mais aussi de flexibilité. DLW permet :
- Essais rapides : L’itération rapide de différentes conceptions.
- Personnalisation : Création d’optiques sur mesure pour des applications IR spécifiques.
- Multi-fonctionnalité : Combinaison de plusieurs tâches optiques sur une seule surface plane.
En tant que leader de la lithographie laser de haute précision, Heidelberg Instruments considère l’écriture directe comme un élément clé de la prochaine génération de technologie optique. Elle ouvre la voie à des méta-optiques facilement disponibles et conçues sur mesure, ouvrant de nouvelles possibilités dans le spectre infrarouge crucial et au-delà.
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