Fabrikasi Batch Mikrolensa Planar Metalik Pita Lebar dan Susunannya Menggabungkan Perakitan Mandiri Nanosfer dengan Fotolitografi Konvensional
Abstrak
Metode fabrikasi batch berbiaya rendah baru yang menggabungkan spin-coating nanosphere lithography (NSL) dengan teknik fotolitografi konvensional ditunjukkan untuk secara efisien menghasilkan lensa mikro planar metalik dan susunannya. Lensa mikro yang dikembangkan terdiri dari lubang nano subwavelength dan dapat memfokuskan cahaya secara efektif di seluruh spektrum tampak, dengan ukuran fokus mendekati batas difraksi Rayleigh. Dengan mengubah jarak dan diameter lubang nano, efisiensi pemfokusan dapat disetel. Meskipun cacat acak umumnya ada selama perakitan mandiri nanospheres, kinerja pemfokusan utama, misalnya, panjang fokus, kedalaman fokus (DOF), dan lebar penuh pada setengah maksimum (FWHM), tetap hampir tidak berubah. Penelitian ini memberikan cara yang murah untuk mewujudkan perangkat nanofotonik terintegrasi pada tingkat wafer.
Latar Belakang
Lensa mikro sebagai kelas komponen optik yang paling banyak digunakan, bertujuan untuk memanipulasi dan memfokuskan cahaya pada skala mikro/nano, memiliki aplikasi penting, seperti teknologi tampilan [1], kolimasi sinar laser [2], deteksi molekuler [3], dan optik. penyimpanan informasi [4]. Meskipun lensa mikro refraktif banyak digunakan dalam perangkat komersial dengan throughput optik yang tinggi, lensa ini pasti mengalami ukuran yang besar, chromatic, dan spherical aberrations [5]. Di sisi lain, lensa mikro difraksi menunjukkan lebih sedikit aberasi, tetapi ukuran fisik dan profil permukaan tiga dimensi (3D) yang kompleks membuatnya kurang berguna dalam perangkat mini dan berskala tinggi. Selain itu, fabrikasinya membutuhkan penyelarasan yang tepat selama beberapa proses litografi, yang juga membatasi adopsinya dalam perangkat mikro/nano-optik yang sangat terintegrasi [6, 7].
Upaya substansial telah dikhususkan untuk mengeksplorasi plasmonics dalam beberapa tahun terakhir [8,9,10], karena kemampuan unik untuk mengarahkan dan memanipulasi cahaya pada skala panjang nanometer. Sebagai kategori penting dari perangkat plasmonik, lensa plasmonik berdasarkan film logam tipis berstruktur nano diusulkan dan dikembangkan [11,12,13,14,15,16,17]. Plasmon permukaan (SPs) pada film logam dirangsang oleh interaksi cahaya datang dengan osilasi muatan pada permukaan pintu masuk lensa dan terjepit ke dalam lubang nano. Setelah melewati seluruh film logam dalam mode pandu gelombang tertentu, SPs berubah menjadi gelombang yang merambat lagi. Sub-gelombang yang dipancarkan dari semua aperture nano akan saling berinterferensi dan membentuk titik cahaya dengan intensitas maksimum pada jarak tertentu dari permukaan keluar lensa, yang juga disebut sebagai titik fokus dan bidang fokus. Akibatnya, lensa mikro planar metalik yang terdiri dari array nanoaperture adalah kandidat potensial untuk lensa bias berbasis dielektrik konvensional, menghadirkan subwavelength, namun fokus broadband dan memungkinkan integrasi chip tunggal semua-optik atau opto-elektronik. Namun, semua lensa mikro yang terdiri dari struktur nano memerlukan teknik fabrikasi nano presisi tinggi, seperti electron-beam lithography (EBL) dan terfokus ion beam (FIB) milling. Meskipun mereka adalah alat yang ampuh untuk membuat prototipe lensa mikro, proses ini mahal, memakan waktu, dan tidak cocok untuk fabrikasi paralel area luas.
Baru-baru ini, sejenis lensa mikro berdasarkan lubang nano yang mampu memfokuskan semua panjang gelombang dalam spektrum tampak ke satu titik dilaporkan menggunakan metode fabrikasi batch litografi interferensi lunak (SIL) diikuti dengan prosedur pola nano [18]. Sayangnya, metode ini tidak ideal untuk lensa mikro karena lubang nano di sekitar periferal menunjukkan diameter yang jauh lebih kecil daripada diameter tengah, dan beberapa bahkan terhalang, menyebabkan deviasi besar panjang fokus dari desain. Oleh karena itu, mengembangkan teknik fabrikasi luas dan serbaguna untuk lensa mikro sangat penting untuk aplikasi praktisnya; meskipun demikian, metode efektif dengan menggunakan pendekatan top-down atau bottom-up saat ini masih menjadi tantangan besar. Selain itu, ada baiknya untuk menyelidiki cacat acak pada kinerja pemfokusan dan efek kopling antara lensa mikro yang berdekatan.
Metode fabrikasi area besar yang menjanjikan, seperti fotolitografi, litografi interferensi laser (LIL), dan litografi nanosfer (NSL), memungkinkan pembuatan berbagai struktur nano. Fotolitografi banyak digunakan dalam mikroelektronika untuk memproduksi sirkuit terpadu (IC). Kombinasi sumber cahaya dengan panjang gelombang pendek, termasuk ultraviolet dalam (DUV) dan ultraviolet ekstrim (EUV), dan inovasi, seperti litografi imersi dan masker pergeseran fasa, telah mendorong ukuran fitur dengan baik ke skala nanometer [19, 20]. Meskipun litografi optik berbasis topeng tradisional sudah mapan dan banyak digunakan dalam industri IC, itu juga sangat mahal untuk disiapkan dan dioperasikan. Sebagai metodologi skala yang lebih sederhana dan lebih murah, LIL didasarkan pada interferensi beberapa sinar laser koheren dan dapat menghasilkan struktur periodik satu dimensi (1D), dua dimensi (2D), dan 3D dengan dimensi fitur mendekati 20 nm [21] . Namun karena keterbatasan teknologi, LIL sulit untuk menghasilkan pola dalam skala sentimeter [22]. NSL adalah teknik perakitan mandiri koloid yang khas, yang memenuhi fabrikasi nano yang efektif dengan cara yang sangat paralel, berskala wafer, tidak mahal, dan menggunakan nanosfer padat heksagonal yang sebagian besar terdiri dari polistirena (PS) atau silika sebagai masker atau templat untuk fotolitografi, penguapan, deposisi, etsa, pencetakan, dll [23, 24]. Karena susunan nanosfer heksagonal yang rapat, ini menghasilkan susunan struktur nano yang serupa. Selain itu, struktur tersebut dapat menunjukkan efek kisi, misalnya, kinerja transmisi optik luar biasa (EOT) dari susunan lubang nano, umumnya sebagai akibat dari eksitasi polariton plasmon permukaan (SPPs) [25]. Ini secara khusus penting untuk banyak kemungkinan aplikasi seperti hamburan Raman yang ditingkatkan permukaan (SERS), deteksi getaran inframerah (IR) yang ditingkatkan, sel surya, dan peningkatan fluoresensi [26,27,28,29].
Dalam karya ini, pendekatan kami menggabungkan keuntungan dari NSL yang dimodifikasi, misalnya, area luas dan fabrikasi berbiaya rendah, dengan teknik fotolitografi konvensional untuk menghasilkan lensa mikro planar metalik yang diinginkan yang mirip dengan "tambalan" Odom. Lensa mikro yang direalisasikan seperti yang ditunjukkan dapat memfokuskan panjang gelombang cahaya tunggal di seluruh spektrum yang terlihat serta cahaya putih broadband dengan divergensi minimal. Selain itu, melalui simulasi dan verifikasi eksperimental, cacat acak yang umumnya ada selama prosedur perakitan mandiri nanosfer dalam susunan lubang nano mengungkapkan tidak ada pengaruh dramatis pada kinerja pemfokusan lensa mikro, yang berarti titik fokus dari lensa mikro yang berbeda pada wafer yang sama memiliki dimensi lateral identik, mendekati batas difraksi Rayleigh. Lensa mikro berbasis lubang nano metalik dan metode NSL yang dikembangkan yang disajikan di sini dapat membuka pintu untuk merancang dan membuat jenis lensa mikro baru untuk perangkat mikro/nano-optik planar miniatur transmissive.
Metode
Perakitan mandiri dari bawah ke atas dari dielektrik PS nanospheres sebagai rute sederhana dan berbiaya rendah untuk membentuk lubang nano subwavelength sering mengalami cacat parah, misalnya, dislokasi, multilayer, dan kekosongan titik atau area. Untuk mengatasi masalah ini, kami melakukan studi eksperimental parameter spin-coating, termasuk kecepatan pemintalan, akselerasi, proporsi suspensi, dan modifikasi hidrofilik permukaan substrat, pada kualitas susunan rakitan mandiri yang terbentuk di seluruh 4-in . wafer kaca. Meskipun parameter yang dioptimalkan diadopsi untuk mengurangi cacat utama (kekosongan dan multilayer) dan membuat susunan lubang nano yang sesuai melalui transfer pola, beberapa dislokasi dan kekosongan masih tidak dapat dihindari dan bergeser ke struktur lubang nano akhir.
Gambar 1 mengilustrasikan kombinasi bottom-up (pemasangan mandiri spin-coating nanosfer PS) dan teknik top-down (fotolitografi) untuk fabrikasi lensa mikro paralel berbiaya rendah dan susunannya. Pertama, nanosfer PS (dari microParticles GmbH) dilapisi spin ke substrat kaca, membentuk topeng nanolapisan nanosfer dengan kisi heksagonal (Gbr. 1a). Setelah pengendapan nanosfer, ukurannya diubah melalui plasma oksigen dalam reaktor pelat paralel (Reaktor Plasma, 0,75 Pa, O2 100 sccm, 80 W), seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1b. Pada langkah berikutnya, lapisan emas setebal 100 nm disemprotkan ke nanosfer PS monolayer (Gbr. 1c). Setelah itu, proses pengangkatan dilakukan dengan pembersihan ultrasonik dalam tetrahydrofuran (THF), dan array lubang nano skala besar dapat dicapai (Gbr. 1d). Kemudian, film kromium (Cr) disemprotkan ke film emas berlubang pertama (Gbr. 1e) dan dipola dengan lensa mikro yang diinginkan dan susunannya dengan fotolitografi (Gbr. 1f), yang mendominasi kinerja pemfokusan lensa mikro yang akhirnya dicapai. Selanjutnya, lapisan Cr yang tersingkap oleh area bukaan dihilangkan, meninggalkan lubang nano emas berlubang untuk mentransmisikan cahaya datang (Gbr. 1g). Setelah membersihkan photoresist residual, lensa mikro yang dirancang dan susunannya akan direalisasikan (Gbr. 1h).
Skema langkah-langkah proses utama untuk membuat lensa mikro dan susunannya. a Pelapisan spin nanosphere PS monolayer. b penyusutan ukuran nanosphere PS. c Deposisi Au. d penghapusan nanosphere PS. e deposisi Cr. f transfer pola lensa mikro ke photoresist. g etsa basah. h penghapusan photoresist
Gambar 2 menunjukkan gambar mikroskop elektron pemindaian (SEM) representatif yang menampilkan berbagai morfologi rakitan nanosfer PS dengan spasi kisi P = 900 nm, yaitu diameter nanosfer PS yang digunakan. Lapisan tunggal nanosfer PS yang dirakit sendiri dikemas dalam kisi heksagonal pada substrat kaca pada Gambar 2a, d. Namun, dislokasi yang ditunjukkan sebagai "retak" masih ada, karena tolakan elektrostatik antara partikel [30], serta kekosongan titik. Gambar 2b, c mengilustrasikan kekosongan area, multilayer, dan cacat yang dikemas secara acak, yang didistribusikan di wilayah tertentu dengan pengendalian yang buruk saat parameter spin-coating tidak dioptimalkan atau terganggu.
Gambar SEM ditampilkan untuk a nanolayer PS monolayer yang tersusun rapi dan rakitan sendiri dengan diameter 900 nm, (b ) Penyusutan ukuran PS sebesar O2 plasma yang mengandung cacat kekosongan dan multilayer, (c ) nanosphere PS yang dikemas secara acak, dan (d ) tampilan yang diperbesar dari unit PS yang dikemas secara heksagonal
Gambar 3 menunjukkan hasil difraksi cahaya tampak pada topeng nanospheres dan gambar kamera digital 4-in. wafer dan chip 10 mm × 10 mm dengan berbagai sel lensa mikro. Masing-masing lensa mikro dan susunannya diilustrasikan pada Gambar 3d, di mana lubang nano yang mendasari dan lensa mikro yang terlepas dapat diamati dengan jelas. Ini juga mengungkapkan cacat acak yang ada pada lensa mikro tunggal.
a Gambar difraksi dari 4-in yang dibuat. topeng nanosphere monolayer tingkat wafer. Foto lensa mikro buatan dan susunannya pada substrat kaca di (b ) tingkat wafer dan (c ) tingkat chip. d Gambar mikroskop optik dari lensa mikro 8 m dan susunan 5 × 5 dengan jarak 4 m
Untuk mengeksplorasi kinerja pemfokusan lensa mikro yang dicapai, kami membandingkan hasil simulasi domain waktu perbedaan-hingga (FDTD) 3D dengan pengujian eksperimental. Pengaturan eksperimental kami, seperti yang dijelaskan pada Gambar. 4, menggunakan mikroskop optik terbalik Nikon sebagai platform operasi utama, digunakan untuk memetakan bidang optik yang dihasilkan dari insiden gelombang bidang pada lensa mikro. Setelah mentransmisikan melalui lensa mikro, objektif mikroskop minyak imersi berkualitas tinggi (100×, NA = 1.49) gambar pola bintik ke kamera CCD dan digerakkan oleh pengontrol piezo E-816 (Physik Instrumente (PI)) dengan loncatan panjang 100 nm. Setelah mengumpulkan ratusan irisan cahaya 2D, bidang optik 3D di sepanjang sumbu propagasi lensa mikro dapat dibangun.
Penyiapan eksperimental untuk mengkarakterisasi kinerja pemfokusan optik lensa mikro dan susunannya. Laser gelombang kontinu (CW) 532-nm diperluas melalui teleskop untuk mendapatkan sinar yang homogen. Melewati lensa mikro, pola bintik yang ditransmisikan dikumpulkan oleh mikroskop objektif dan diukur dengan CCD
Hasil dan Diskusi
Aku.
Performa pemfokusan lensa mikro
Model 3D lensa mikro dengan diameter d memiliki lubang nano melingkar diatur dalam kisi heksagonal didirikan dengan menggunakan metode FDTD. Kolimasi, x -cahaya terpolarisasi dengan panjang gelombang operasi 532 nm menyala, titik fokus yang jelas (lokasi intensitas maksimum) diamati di x -z pesawat (sama dengan y -z bidang karena medan elektromagnetik didistribusikan secara simetris) melalui pusat lensa mikro 4 m, dan lebar penuh pada setengah maksimum (FWHM) titik pada bidang fokus adalah 1,25 m (Gbr. 5a), yang dekat ke batas difraksi Rayleigh 0,912 μm dihitung dengan 0,61λ /NA [31]. Selanjutnya, pola optik medan jauh disimulasikan dengan jarak kisi 522 dan 900 nm, dan panjang gelombang operasi 532 dan 633 nm dipilih. Panjang fokus yang disimulasikan adalah 12 dan 10,4 μm untuk lensa mikro 4-m di λ = 532 dan 633 nm, masing-masing, dan nilainya meningkat menjadi 46 μm untuk lensa mikro 8-m di λ = 532 nm, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5a, c. Karena efek pemfokusannya bukan merupakan konsekuensi dari rekayasa muka gelombang, lensa mikro 4 m dengan jarak kisi 522 atau 900 nm memiliki titik fokus yang hampir identik, yang memvalidasi bahwa panjang fokus sebagian besar bergantung pada ukuran lensa dan panjang gelombang kerja.
a Pemetaan bidang optik dari lensa mikro 4 μm untuk kasus simulasi a1 = 633 nm, P = 522 nm; a2 = 532 nm, P = 522 nm; a3 = 532 nm, P = 900 nm; dan a4 hasil pengukuran λ = 532 nm, P = 900 nm. b Intensitas cahaya aksial dari integral R-S yang dihitung, simulasi FDTD, dan pengukuran optik untuk lensa mikro yang dirancang d = 4 m. c Perbedaan intensitas medan untuk c1 simulasi dan c2 hasil yang terukur saat d = 8 μm di λ = 532 nm, P = 900 nm. d Intensitas aksial untuk lensa mikro d = 8 μm. Medan intensitas di sepanjang y-z pesawat terdistribusi secara identik sebagai x-z pesawat
Titik fokus tunduk pada batas difraksi Rayleigh klasik karena pemfokusan medan jauh tidak berasal dari pemulihan medan cepat berlalu dr ingatan [32] atau super-osilasi [33]. Oleh karena itu, ketergantungan panjang fokus pada panjang gelombang operasi dapat dinyatakan dengan hubungan yang diturunkan dari integral Rayleigh-Sommerfeld (RS) [18]. Dari Gambar 5b, d, kita dapat melihat bahwa distribusi medan optik yang dihitung oleh integral R-S sangat sesuai dengan hasil simulasi FDTD untuk kedua kasus. Namun, hasil pengukuran menunjukkan sedikit perbedaan karena berbagai kesalahan yang terjadi selama prosedur fabrikasi dan pengukuran optik. Perlu dicatat bahwa untuk kasus 4-m, penyimpangan pengukuran berlawanan dengan simulasi adalah 8,3%, dibandingkan dengan 1,1% untuk kasus 8-μm. Dengan kata lain, lensa mikro dengan diameter yang lebih besar lebih tidak sensitif terhadap kesalahan normal.
Karena kinerja pemfokusan tidak relevan dengan rekayasa muka gelombang, keluaran optik dari titik fokus bergantung pada transmisi yang ditingkatkan SP melalui lubang subpanjang gelombang [18]. Ketika hasil dari Gambar 6 dibandingkan dengan spektrum transmisi dari lensa mikro yang berbeda, transmisi yang ditingkatkan dan transmisi yang ditekan hadir pada panjang gelombang yang berbeda tergantung pada jarak kisi. Menurut laporan sebelumnya [34], respon spektral selektif ditemukan berasal dari efek gabungan dari resonansi plasmon permukaan (PSPR) yang merambat pada antarmuka logam/dielektrik dan resonansi plasmon permukaan lokal (LSPR) di sekitar lubang nano. Seperti yang diamati pada Gambar. 6c, lokasi penurunan transmisi, seperti yang ditunjukkan oleh lingkaran, muncul dengan pergeseran merah di sepanjang x -koordinat sumbu saat jarak kisi meningkat, demikian pula dengan puncak transmisi. Hal ini memberikan kemampuan yang tidak biasa pada lensa mikro untuk mengontrol keluaran optik pada panjang gelombang tertentu dan memastikan lensa mikro dirancang dengan mudah dengan pemfokusan efisiensi tinggi. Gambar 6a, b memberikan distribusi medan dari lensa mikro 4 m untuk kasus P = 400 nm pada panjang gelombang penurunan masing-masing 581 nm dan puncak 681 nm. Kecuali untuk penurunan panjang fokus yang disebabkan oleh peningkatan panjang gelombang, intensitas titik fokus untuk panjang gelombang 681 nm hampir 100 kali lebih banyak daripada λ = 581 nm.
a , b Hasil simulasi pola medan listrik dari lensa mikro 4 m saat P = 400 nm pada panjang gelombang kerja λ = 581 nm (penurunan transmisi) dan 681 nm (puncak). c Simulasi spektrum transmisi total untuk lensa mikro yang sesuai dengan jarak kisi P = 400, 530, dan 600 nm dalam rentang frekuensi 400~800 nm, dan inset menunjukkan model lensa mikro 4 m. Penurunan dan puncak transmisi ditandai oleh lingkaran dan segitiga , masing-masing
II.
Pengaruh cacat acak
Terlepas dari kenyataan bahwa NSL adalah metode fabrikasi yang sangat paralel untuk membuat array lubang nano area besar dalam lensa mikro dan susunannya, satu masalah yang dirasakan dari teknik ini adalah bahwa cacat didistribusikan secara acak ke seluruh lapisan lubang nano lensa mikro. Cacat hampir tak terelakkan selama proses perakitan mandiri nanospheres, yang biasanya dianggap secara mendasar membatasi resolusi dan kedalaman penetrasi metode optik. Namun, mengherankan bahwa cacat menawarkan alternatif yang tidak biasa untuk struktur periodik konvensional untuk memanipulasi cahaya. Beberapa cacat acak ditunjukkan untuk meningkatkan, daripada memperburuk ketajaman fokus dalam percobaan optik tertentu [35, 36]. Oleh karena itu, pengaruh cacat yang muncul dari proses fabrikasi kami pada kinerja pemfokusan lensa mikro yang dipelajari di sini sangat penting untuk aplikasi praktis dan penelitian lebih lanjut tentang kristal fotonik acak.
Terlepas dari kekosongan, dislokasi, dan cacat multilayer yang disebutkan di atas yang dihasilkan dari prosedur perakitan mandiri nanospheres, deformasi bentuk lubang nano mungkin juga ada di lensa mikro akhir selama penyusutan PS dan pelepasan PS sebagai akibat dari O2 penggoresan plasma. Oleh karena itu, cacat yang kami anggap dapat diklasifikasikan sebagai cacat bentuk dan posisi. Untuk mendemonstrasikan dampak cacat bentuk pada kinerja pemfokusan lensa mikro, kami menyajikan lensa mikro dengan kebulatan yang berbeda σ di lubang nano ketika faktor pengisian bersamanya adalah 0,33 dan gambar pemfokusan optik yang sesuai diberikan pada Gbr. 7a. Jelas, pola pemfokusan ini untuk kasus σ = 0.4 dan σ = 0,7 hampir sama kecuali sedikit variasi intensitas fokus. Lebih jelas, seperti terlihat pada Gambar. 7a, pola fokus yang serupa pada a1, a2, dan a3 menunjukkan bahwa peningkatan derajat deformasi dan perubahan arah deformasi memberikan pengaruh yang dapat diabaikan pada sifat pemfokusan lensa mikro.
a Bintik fokus dari lensa mikro tidak bergantung pada kesalahan ketidakbulatan σ dari lubang nano. Properti pemfokusan tidak menunjukkan perubahan yang jelas saat σ = 0 (lubang nano bulat) pada Gambar 5 ditingkatkan menjadi a1 = 0.4, a2 = 0,7 dengan arah terdistorsi horizontal, dan a3 = 0,7 dengan arah terdistorsi tegak lurus. b Pengenalan keacakan spasial ke dalam posisi lubang nano. Arah penyimpangan secara acak berbeda dari lubang ke lubang, tetapi panjang penyimpangan δ dijaga konstan untuk setiap lubang. Pola pemfokusan yang sama diperoleh ketika panjang deviasi b1 = 0, b2 = 50 nm, dan b3 δ = 100 nm
Untuk mengeksplorasi pengaruh cacat posisi, kami menyimpangkan posisi lubang nano ke arah yang berbeda dengan panjang δ . Arah deviasi setiap lubang didistribusikan secara acak dari lubang ke lubang dan dijaga konstan untuk setiap δ (lihat Gbr. 7b). Dengan peningkatan δ , lubang nano menyimpang dari keadaan sangat rapat dan menjadi "lebih acak". Tiga pola pemfokusan lensa mikro yang serupa mengenai posisi acak yang berbeda dari lubang nano, δ = 0, 50, dan 100 nm, diperoleh. Selanjutnya, diamati bahwa sedikit penurunan intensitas fokus muncul pada profil lapangan dengan susunan lubang nano yang lebih acak. Di atas segalanya, ini mengungkapkan bahwa cacat bentuk dan posisi dalam lensa mikro tidak banyak berpengaruh pada kinerja pemfokusan dan sebagian besar hanya memodulasi intensitas fokus.
III.
Memfokuskan kinerja susunan lensa mikro
Gambar 8 menunjukkan susunan lensa mikro 3 × 3 yang dibuat dengan jarak yang berbeda dan pola optik yang diukur secara eksperimental di bawah λ = 532 nm, serta iluminasi broadband. Perhatikan bahwa titik fokus dari lensa mikro dengan lebih banyak dislokasi dalam susunannya lebih lemah daripada titik fokus dari lensa mikro lainnya pada Gambar. 8b. Itu karena cacat dislokasi secara efektif mengurangi jumlah lubang nano yang berkontribusi pada pola interferensi optik. Selanjutnya, hasil menunjukkan kesepakatan yang sangat baik dengan yang diperoleh dengan simulasi FDTD bahwa cacat terutama mempengaruhi intensitas fokus. Selain itu, lensa mikro dapat memfokuskan cahaya putih pita lebar (Gbr. 8 (a2), dan (b2)) karena aberasi kromatik yang minimal. Bintik-bintik fokus di bawah iluminasi cahaya putih memiliki dimensi lateral yang serupa dengan yang berada di bawah panjang gelombang tunggal, sedangkan panjang fokus pita lebar kira-kira rata-rata panjang fokus pada panjang gelombang yang ditingkatkan SP. Selain itu, efek kopling pemfokusan dalam susunan lensa mikro yang telah kami analisis dalam penelitian kami sebelumnya [37] muncul dalam pola pemfokusan yang diperoleh saat wilayah C, D, dan E ditandai pada Gambar. 8 (b1) dan (b2).
a Gambar mikroskop optik untuk fabrikasi 3 × 3 susunan lensa mikro dengan jarak 8 m saat d = 8 μm dan pola optik terukur (A –A ) di bawah (a1) panjang gelombang tunggal λ = 532 nm dan (a2) iluminasi broadband. Fokus identik dari masing-masing lensa mikro diamati. b Hasil eksperimen (B –B ) untuk jarak larik lensa mikro 3 × 3 4 μm di bawah (b1) panjang gelombang tunggal λ = 532 nm dan (b2) iluminasi broadband. Efek kopling antara dua lensa mikro yang berdekatan, seperti yang dilambangkan dengan daerah C , D , dan E , dapat diamati
Kesimpulan
Singkatnya, kami telah menunjukkan untuk pertama kalinya bahwa teknik NSL sebagai metode yang sangat paralel dan berbiaya rendah dapat digunakan untuk membuat lensa mikro planar logam yang berfungsi di seluruh spektrum yang terlihat. Didukung oleh hasil simulasi dan eksperimen, sifat pemfokusan lensa mikro dapat dijelaskan dengan kombinasi interferensi optik dan efek plasmon permukaan. Mempertimbangkan jarak kisi dan diameter lubang nano, lensa mikro dapat disesuaikan untuk menyediakan transmisi tinggi pada panjang gelombang tertentu. Performa pemfokusan lensa mikro dari kondisi sempurna hingga cacat dimanfaatkan oleh metode FDTD. Baik simulasi dan eksperimen mengklarifikasi bahwa cacat acak dalam susunan lubang nano hanya memengaruhi efisiensi pemfokusan lensa mikro dan efek kopling pemfokusan seperti yang diprediksi terjadi di bawah panjang gelombang tunggal dan iluminasi broadband. Kemampuan fokus broadband, ukuran miniatur, dan teknik fabrikasi serbaguna semuanya membuka potensi besar untuk perangkat optik atau optoelektronik yang ringkas dan murah seperti fotovoltaik [26], filter warna [38], dan penginderaan indeks bias [39] .
