Разработка и анализ нано

Jun 20, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 13387 (2023) Цитировать эту статью

222 доступа

Подробности о метриках

По мере того как общество становится умнее, передовые технологии оптического зондирования и визуализации, использующие видимые и ближние инфракрасные области, становятся все более распространенными. Поляризаторы с проволочной сеткой, доступные для широкополосных электромагнитных волн, эффективны для улучшения отношения сигнал/шум в таких оптических системах и позволяют более совершенное обнаружение и анализ объектов. Однако для внедрения в повседневные продукты необходимо разработать недорогие методы производства, сохраняя при этом высокопроизводительные оптические функции. Для удовлетворения этих требований мы провели анализ геометрии проволочных поляризаторов, спроектировали и разработали сеточный поляризатор с нанотреугольной волновой структурой, который можно изготовить на универсальном технологическом оборудовании. После подготовки формы этот поляризатор можно изготовить с помощью наноимпринтинга и осаждения металла под нормальным углом или методом химического осаждения. Поляризатор, изготовленный методом химического никелевого покрытия, достигает коэффициента пропускания 40%, что примерно в 1,4 раза выше, чем достигнутый в предыдущем исследовании с использованием химического никелевого покрытия на прямоугольной структуре с тем же периодом. Кроме того, поляризатор, изготовленный методом осаждения алюминия под прямым углом, работает в широком диапазоне длин волн от видимого света до ближнего инфракрасного диапазона и достигает коэффициента затухания поляризации 24 дБ на длине волны 550 нм и высокого коэффициента пропускания 81%. Высокоэффективные поляризаторы могут быть получены путем осаждения под прямым углом с использованием оборудования общего назначения в отличие от метода осаждения под наклонным углом, используемого при производстве обычных поляризаторов на основе проволочной сетки прямоугольной структуры, что способствует снижению затрат и повышению технологичности.

Поляризаторы являются важными оптическими элементами, используемыми в оптических технологиях, таких как оптическое зондирование и оптическое изображение; в будущем, с построением умного общества, спрос на поляризаторы еще больше увеличится. Их приложения, использующие свет от видимого до ближнего инфракрасного диапазона, не ограничиваются дисплеями; в последние годы они использовались в системах обнаружения света и определения дальности для автоматического вождения1,2,3,4, роботах5,6, смартфонах7, системах биологической визуализации8,9,10 и системах безопасности11,12. В результате исследования и разработки поляризаторов значительно продвинулись, что привело к появлению поляризаторов из метаматериалов13,14, поляризаторов из углеродных нанотрубок15,16,17 и многослойных поляризаторов18,19, которые были предложены и продемонстрированы. Большинство современных поляризаторов на рынке представляют собой поляризаторы на основе дихроичных красителей. Расширение диапазона функциональных длин волн является сложной задачей, а выбор поляризаторов в ближней инфракрасной области ограничен20,21. Поляризаторы с проволочной сеткой (WGP) являются многообещающими кандидатами, поскольку они демонстрируют высокие характеристики в широкополосном диапазоне длин волн от видимого света до ближней инфракрасной области, контролируя форму и материал субволновой анизотропной структуры.

Однако высокая стоимость производства типичных WGP ограничивает их применение. Для использования в различных типах оптических систем в будущем необходим недорогой метод производства. Для изготовления металлических структур с требуемыми субволновыми длинами более ортодоксальный подход заключается в использовании электронно-лучевой литографии и травления Al. В качестве альтернативных подходов сообщалось о методах, использующих интерференционное воздействие22 и наноимпринтинг23,24 вместо электронно-лучевой литографии. Наноимпринтинг — это метод формования с использованием пресс-форм, который является относительно недорогим среди методов формирования наноструктур. Впоследствии сообщалось о различных методах наноимпринтинга, которые не требуют травления Al, таких как осаждение под косым углом25,26,27 и осаждение под скользящим углом28,29. Поскольку удаление ненужных металлических частей не требуется, производственный процесс может быть сокращен и технологичность может быть улучшена. Однако, поскольку необходимо специальное оборудование для осаждения под косым углом и требуемая точность угла осаждения высока, сообщалось о нескольких WGP, использующих вакуумное осаждение под нормальными углами, которые могут быть изготовлены с использованием оборудования общего назначения30,31,32,33, 34,35. Кроме того, также сообщалось о WGP, полученных с помощью процессов растворения, в которых не используется метод вакуумного осаждения36,37,38,39; тем не менее, их характеристики уступают характеристикам WGP, полученных методом вакуумного осаждения. Таким образом, возобновился интерес к исследованиям и разработкам недорогих и высокопроизводительных WGP для реализации в приложениях следующего поколения. Ожидается, что реализация этой технологии внесет значительный вклад в распространение передовых систем оптического зондирования и обработки изображений, а также в создание более безопасного и защищенного «умного» общества.