Papierdünne optische Linsen, die wie Mikrochips einfach in Massenproduktion hergestellt werden können, könnten eine neue Generation kompakter optischer Geräte ermöglichen. Ein Team mit Forschern der Universität Tokio und der JSR Corp. fertigte und testete flache Linsen, sogenannte Fresnel-Zonenplatten (FZPs), verwendete dabei jedoch erstmals nur gängige Halbleiterfertigungsgeräte, den i-line Stepper . Diesen flachen Linsen mangelt es derzeit an der Effizienz von Serienlinsen, sie haben jedoch das Potenzial, die Optik für Branchen von der Astronomie über das Gesundheitswesen bis hin zur Unterhaltungselektronik neu zu gestalten.
Es gibt zwar flache Linsen wie Metalllinsen, diese sind jedoch teuer und sehr komplex, und es sind nur wenige Geräte verfügbar. Im Wettlauf um die Steigerung der Qualität, Leistung und Effizienz von Geräten bei gleichzeitiger Kostensenkung suchen Hersteller mithilfe der Arbeit akademischer Forscher nach Alternativen. FZPs haben sich zu einem guten Kandidaten für die Verbesserung optischer Geräte entwickelt, bei denen der Platz entscheidend ist. Und zum ersten Mal stellten Forscher mit branchenüblichen Maschinen in nur wenigen einfachen Schritten Musterlinsen her.
„Wir haben eine einfache und massenproduzierbare Methode für FZPs entwickelt, die ein gemeinsames Halbleiterlithographiesystem oder einen Stepper verwendet“, sagte außerordentlicher Professor Kuniaki Konishi vom Institute for Photon Science and Technology. „Dies ist auf eine spezielle Art von Fotolack oder Maske namens Farblack zurückzuführen, die ursprünglich für die Verwendung als Farbfilter entwickelt wurde. Durch einfaches Beschichten, Belichten und Entwickeln dieses Materials haben wir Linsen hergestellt, die sichtbares Licht auf nur 1,1 Mikrometer fokussieren können.“ , etwa 100-mal dünner als ein menschliches Haar.
Der aktuelle Nachteil der neuen FZPs besteht darin, dass sie nur eine Lichtsammeleffizienz von 7 % haben, was bedeutet, dass sie übermäßig verrauschte Bilder erzeugen. Aber das Team arbeitet bereits daran, diese Zahl zu vervierfachen, indem es die Art und Weise ändert, wie es die Farblacke verwendet. Dies würde jedoch ein höheres Maß an Kontrolle über die physikalischen Eigenschaften der Farbresists erfordern, als den Forschern zum Zeitpunkt dieser Studie möglich war, obwohl die Möglichkeit dazu vorhanden ist.
„Zusätzlich zur effizienten Herstellung von FZPs haben wir auch Simulationen entwickelt, die nachweislich sehr gut mit unseren Experimenten übereinstimmen. Das bedeutet, dass wir Designs an spezifische Anwendungen in verschiedenen Bereichen, wie etwa der Medizin, anpassen können, bevor wir uns an die Produktion machen“, sagte er Konishi. „Darüber hinaus erwarten wir auch ökologische und wirtschaftliche Vorteile, da der FZP-Produktionsprozess im Gegensatz zu herkömmlichen Herstellungsverfahren den Einsatz giftiger Ätzchemikalien überflüssig macht und den Energieverbrauch erheblich senkt.“
Es kann also noch eine Weile dauern, bis FZPs Ihnen dabei helfen, Momente in hoher visueller Wiedergabetreue mit Ihrem ultradünnen Smartphone festzuhalten, aber diese oder eine davon inspirierte Technologie wird wahrscheinlich bald auf den Markt kommen.
Finanzierung: Diese Forschung wurde vom JSR-UTokyo Collaboration Hub, CURIE, unterstützt.
