Pabrikasi Batch Biaya Rendah Mikrolensa Planar Metalik Bandar Lebar melalui Litografi Nanosphera dan Litografi Cahaya
Abstrak
Metode fabrikasi batch inovatif dan biaya rendah yang menggabungkan litografi nanosphera spin-coating dengan teknik litografi cahaya konvensional telah diuji coba untuk memproduksi mikrolensa planar metalik dan array-nya secara efisien. Mikrolensa yang dikembangkan terdiri dari nanolubang subpanjang gelombang dan dapat memfokuskan cahaya secara efektif dalam seluruh spektrum terlihat, dengan ukuran fokus yang dekat dengan batas difraksi Rayleigh. Dengan mengubah jarak dan diameter nanolubang, efisiensi fokus dapat diatur. Meskipun defek acak biasanya ada selama self-assembly nanosphera, performa fokus utama, misalnya panjang fokus, kedalaman fokus (DOF), dan lebar setengah maksimum (FWHM), tetap hampir konstan. Penelitian ini menyediakan cara murah untuk merealisasikan perangkat nanofotonik terintegrasi pada tingkat wafer.
Latar Belakang
Mikrolensa sebagai komponen optik yang paling umum, bertujuan untuk memanipulasi dan memfokuskan cahaya pada skala mikro/nano, memiliki aplikasi penting, seperti teknologi layar [1], kolimasi sinar laser [2], deteksi molekuler [3], dan penyimpanan informasi optik [4]. Meskipun mikrolensa refraktif banyak digunakan dalam perangkat komersial dengan throughput optik tinggi, mereka tak terhindarkan dari ukuran besar, aberrasi kromatik, dan aberrasi bola [5]. Di sisi lain, mikrolensa difraktif menunjukkan aberrasi yang lebih sedikit, tetapi ukuran fisik dan profil permukaan tiga dimensi (3D) yang kompleks membuatnya kurang berguna dalam perangkat miniatur dan sangat diskal. Selain itu, fabrikasinya memerlukan perataan yang tepat selama beberapa proses litografi, yang juga membatasi adopsi mereka dalam perangkat mikro-/nano-optik yang terintegrasi tinggi [6, 7].
Banyak upaya telah dilakukan untuk menjelajahi plasmonik dalam beberapa tahun terakhir [8,9,10], karena kemampuan uniknya untuk merute dan memanipulasi cahaya pada skala panjang nanometer. Sebagai kategori penting dari perangkat plasmonik, lensa plasmonik berdasarkan film logam terstruktur nano diajukan dan dikembangkan [11,12,13,14,15,16,17]. Polariton plasmon permukaan (SP) pada film logam diangsini oleh interaksi cahaya insiden dengan osilasi muatan pada permukaan masuk lensa dan disepitkan ke dalam nanoapertur. Setelah melewati seluruh film logam dalam mode gelombang tertentu, SP berubah kembali menjadi gelombang propagasi. Gelombang sub yang transmitting dari semua nanoapertur akan interferensi satu sama lain dan membentuk titik cahaya dengan intensitas maksimum pada jarak tertentu dari permukaan keluar lensa, yang juga dinamakan titik fokus dan bidang fokus. Akibatnya, mikrolensa planar metalik yang terdiri dari array nanoapertur adalah calon potensial untuk lensa refraktif berbasis dielektrik konvensional, yang menghadirkan fokus subpanjang gelombang, namun bandarlebar, dan memungkinkan integrasi single-chip all-optical atau opto-elektronik. Namun, semua mikrolensa yang terdiri dari struktur nano memerlukan teknik fabrikasi nano yang presisi tinggi, seperti litografi sinar elektron (EBL) dan pemolesan ion fokus (FIB) milling. Meskipun mereka adalah alat yang kuat untuk prototipe mikrolensa, proses ini mahal, memakan waktu, dan tidak cocok untuk fabrikasi paralel area luas.
Baru-baru ini, jenis mikrolensa berdasarkan nanolubang yang mampu memfokuskan semua panjang gelombang dalam spektrum terlihat ke satu titik dilaporkan dengan menggunakan metode fabrikasi batch litografi interferensi lunak (SIL) diikuti oleh prosedur nanopatterning [18]. Sayangnya, metode ini tidak ideal untuk mikrolensa karena nanolubang di sekitar periferi menunjukkan diameter yang jauh lebih kecil daripada yang pusat, dan beberapa bahkan tersumbat, yang menyebabkan penyimpangan panjang fokus dari desain. Oleh karena itu, pengembangan teknik fabrikasi yang serbaguna dan area luas untuk mikrolensa sangat penting untuk aplikasi praktis mereka; namun, metode efektif menggunakan pendekatan top-down atau bottom-up saat ini masih menjadi tantangan besar. Selain itu, berbaloi untuk menyelidiki pengaruh defek acak pada performa fokus dan efek kopling antara mikrolensa yang berdekatan.
Metode fabrikasi area luas yang menjanjikan, seperti litografi cahaya, litografi interferensi laser (LIL), dan litografi nanosphera (NSL), memungkinkan penciptaan berbagai struktur nano. Litografi cahaya banyak digunakan dalam mikroelektronik untuk manufaktur sirkuit terintegrasi (IC). Kombinasi sumber cahaya panjang gelombang pendek, termasuk ultraviolet dalam (DUV) dan ultraviolet ekstrim (EUV), dan inovasi, seperti litografi imersi dan masker pergeseran fase, telah mendorong ukuran fitur dengan baik ke dalam skala nanometer [19, 20]. Meskipun litografi optika berbasis masker tradisional sudah terjamin dan banyak digunakan dalam industri IC, ini juga sangat mahal baik untuk dipasang maupun untuk 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 menderita pada pembatasan teknologi, LIL sulit untuk menghasilkan pola pada skala sentimeter [22]. NSL adalah teknik self-assembly koloidal khas, yang memenuhi fabrikasi nano yang efektif dengan cara yang sangat paralel, skala wafer, biaya rendah dan menggunakan nanosphera utama polystyrene (PS) atau silica sebagai masker atau templat untuk litografi cahaya, evaporasi, deposisi, penggoresan, impriting, dll. [23, 24]. Karena susunan nanosphera hexagon rapat, ini menghasilkan array struktur nano yang serupa. Selain itu, struktur seperti ini dapat menunjukkan efek gratin, misalnya, performa transmisi optik luar biasa (EOT) dari array nanolubang, biasanya sebagai hasil dari eksitasi polariton plasmon permukaan (SPP) [25]. Ini sangat penting untuk banyak aplikasi yang mungkin seperti pencitraan Ramandistorsi yang ditingkatkan (SERS), deteksi getaran infra merah (IR) yang ditingkatkan, sel surya, dan fluoresensi yang ditingkatkan [26,27,28,29].
Dalam karya ini, pendekatan kami menggabungkan keuntungan dari NSL yang dimodifikasi, misalnya, fabrikasi area luas dan biaya rendah, dengan teknik litografi cahaya konvensional untuk menghasilkan mikrolensa planar logam yang diinginkan yang mirip dengan “patches” Odom. Mikrolensa yang direalisasikan seperti yang ditunjukkan dapat memfokuskan panjang gelombang tunggal cahaya di seluruh spektrum terlihat serta cahaya putih bandarlebar dengan divergensi minimal. Selain itu, melalui simulasi dan verifikasi eksperimental, defek acak yang biasanya ada selama prosedur self-assembly nanosphera dalam array nanolubang tidak menunjukkan pengaruh dramatis pada performa fokus mikrolensa, yang berarti titik fokus dari berbagai mikrolensa pada wafer yang sama memiliki dimensi lateral yang identik, dekat dengan batas difraksi Rayleigh. Mikrolensa berbasis nanolubang logam dan metode NSL yang dikembangkan yang disajikan di sini mungkin membuka pintu untuk merancang dan memfabrikasi jenis mikrolensa baru untuk perangkat mikro-/nano-optik plan transmissif miniatur.
Metode
Self-assembly bottom-up nanosphera dielektrik PS sebagai rute sederhana dan biaya rendah untuk membentuk nanolubang subpanjang gelombang sering menderita defek parah, misalnya, dislokasi, berlapis ganda, dan kosongan titik atau area. Untuk mengatasi masalah ini, kami melakukan studi eksperimental tentang parameter spin-coating, termasuk kecepatan putaran, akselerasi, proporsi suspensi, dan modifikasi hidrofilik permukaan substrat, pada kualitas array self-assembled yang terbentuk di seluruh wafer kaca 4-in. Meskipun parameter yang dioptimalkan diadopsi untuk mengurangi defek utama (kosongan dan berlapis ganda) dan membuat array nanolubang yang sesuai melalui transfer pola, beberapa dislokasi dan kosongan masih tidak dapat dihindari dan bergeser ke struktur nanolubang akhir.
Gambar 1 menggambarkan kombinasi teknik bottom-up (self-assembly spin-coating nanosphera PS) dan teknik top-down (litografi cahaya) untuk fabrikasi paralel mikrolensa dan array-nya dengan biaya rendah. Pertama, nanosphera PS (dari microParticles GmbH) di spin coat pada substrat kaca, membentuk masker monolaer nanosphera dengan jaring heksagonal (Gambar 1a). Setelah depo nasi nanosphera, ukurannya dimodifikasi melalui plasma oksigen dalam reaktor parallel plate (Plasma Reactor, 0,75 Pa, O₂ 100 sccm, 80 W), seperti ditunjukkan pada Gambar 1b. Pada langkah berikutnya, lapisan logam Au 100 nm di sputter pada monolaer nanosphera PS (Gambar 1c). Setelah itu, proses lift-off dilakukan dengan pembersihan ultrasonik dalam tetrahidrofuran (THF), dan array nanolubang skala luas telah dicapai (Gambar 1d). Kemudian, film kromium (Cr) di sputter pada film logam Au pertama yang berlubang (Gambar 1e) dan dipola dengan mikrolensa dan array yang diinginkan oleh litografi cahaya (Gambar 1f), yang mendominasi performa fokus mikrolensa yang akhirnya dicapai. Selanjutnya, lapisan Cr yang terekspos oleh area pembuka dihilangkan, membiarkan nanolubang logam Au berlubang untuk mentransmisikan cahaya insiden (Gambar 1g). Setelah membersihkan sisa fotoresist, mikrolensa dan array yang dirancang terrealisasi (Gambar 1h).
Skematis langkah-langkah proses utama untuk memfabrikasi mikrolensa dan array-nya. a Spin coating nanolubang monolaer PS. b penyusutan ukuran nanosphera PS. c depo nasi Au. d penghapusan nanosphera PS. e depo nasi Cr. f transfer pola mikrolensa pada fotoresist. g penggoresan basah. h penghapusan fotoresist
Gambar 2 menunjukkan citra SEM representatif yang menampilkan berbagai morfologi self-assembled nanosphera PS dengan jarak jaring P = 900 nm, yaitu diameter nanosphera PS yang digunakan. Monolaer nanosphera PS yang self-assembled terikat rapi dalam jaring heksagonal pada substrat kaca pada Gambar 2a, d. Namun, dislokasi yang ditunjukkan sebagai “retak” masih ada, karena resping elektrostatis di antara partikel [30], serta kosongan titik. Gambar 2b, c menggambarkan kosongan area, berlapis ganda, dan defek terpaket secara acak, yang didistribusikan di beberapa wilayah dengan kontrol yang buruk ketika parameter spin-coating tidak dioptimalkan atau terganggu.
Citra SEM ditampilkan untuk a monolaer nanosphera PS yang terikat rapi secara teratur dengan diameter 900 nm, (b) penyusutan ukuran PS oleh plasma O₂ yang mengandung defek kosongan dan berlapis ganda, (c) nanosphera PS yang terpaket secara acak, dan (d) tampilan diperbesar dari unit PS yang terikat heksagonal
Gambar 3 menunjukkan hasil difraksi cahaya terlihat pada masker nanosphera dan foto kamera digital wafer 4-in dan chip 10 mm × 10 mm dengan berbagai sel mikrolensa. Mikrolensa individu dan array-nya diilustrasikan pada Gambar 3d, di mana nanolubang yang mendasari dan mikrolensi yang terlepas terlihat dengan jelas. Ini juga mengungkapkan defek acak yang ada pada mikrolensa tunggal.
a Citra difraksi wafer 4-in monolaer masker nanosphera yang difabrikasi. Foto mikrolensa dan array-nya yang difabrikasi pada substrat kaca pada (b) tingkat wafer dan (c) tingkat chip. d Citra mikroskop optik mikrolensa 8-μm dan array 5 × 5 jarak 4 μm terpisah
Untuk menjelajahi performa fokus mikrolensa yang dicapai, kami membandingkan hasil simulasi FDTD 3D dengan pengujian eksperimental. Setup eksperimental kami, seperti dijelaskan pada Gambar 4, yang menggunakan mikroskop optik terbalik Nikon sebagai platform operasi utama, digunakan untuk memetakan bidang optik yang dihasilkan dari gelombang datar insiden pada mikrolensa. Setelah melalui mikrolensa, pola spekulasi yang ditransmisikan diimaging oleh obyek mikroskop imersi minyak berkualitas tinggi (100×, NA = 1,49) ke kamera CCD dan dijalankan oleh pengontrol piezo E-816 (Physik Instrumente (PI)) dengan panjang langkah 100 nm. Setelah mengumpulkan ratusan irisan cahaya 2D, bidang optik 3D sepanjang sumbu propagasi mikrolensa dapat dibangun.
Setup eksperimental untuk mengkarakterisasi performa fokus optik mikrolensa dan array-nya. Laser CW 532 nm diperluas melalui teleskop untuk mendapatkan beam homogen. Setelah melalui mikrolensa, pola spekulasi yang ditransmisikan dikumpulkan oleh obyek mikroskop dan diukur oleh kamera CCD
Hasil dan Pembahasan
I.
Performa fokus mikrolensa
Model 3D mikrolensa dengan diameter d yang memiliki nanolubang bulat yang disusun dalam jaring heksagonal dirancang dengan menggunakan metode FDTD. Cahaya x-polarized kolimasi dengan panjang gelombang operasional 532 nm diilumini, titik fokus yang terdefinisi dengan baik (lokasi intensitas maksimum) diamati pada bidang x-z (sama dengan y-z karena medan elektromagnet didistribusikan secara simetris) melalui pusat mikrolensa 4-μm, dan lebar setengah maksimum (FWHM) dari titik pada bidang fokus adalah 1,25 μm (Gambar 5a), yang dekat dengan batas difraksi Rayleigh 0,912 μm yang dihitung oleh 0,61λ/NA [31]. Selain itu, pola optik far-field disimulasikan dengan jarak jaring 522 dan 900 nm, dan panjang gelombang operasional 532 dan 633 nm dipilih. Panjang fokus yang disimulasikan adalah 12 dan 10,4 μm untuk mikrolensa 4-μm pada λ = 532 dan 633 nm, masing-masing, dan nilai meningkat menjadi 46 μm untuk mikrolensa 8-μm pada λ = 532 nm, seperti ditunjukkan pada Gambar 5a, c. Karena efek fokus mereka bukan konsekuensi dari rekayasa gelombang depan, mikrolensa 4-μm dengan jarak jaring 522 atau 900 nm memiliki titik fokus yang hampir identik, yang memvalidasi bahwa panjang fokus tergantung terutama pada ukuran lensa dan panjang gelombang kerja.
a Pemetaan medan optik mikrolensa 4 μm untuk kasus simulasi a1 λ = 633 nm, P = 522 nm; a2 λ = 532 nm, P = 522 nm; a3 λ = 532 nm, P = 900 nm; dan a4 hasil ukuran λ = 532 nm, P = 900 nm. b Intensitas cahaya aksial dari integral R-S yang dihitung, simulasi FDTD, dan pengukuran optik untuk mikrolensa yang dirancang d = 4 μm. c Perbedaan intensitas medan untuk c1 simulasi dan c2 hasil ukuran ketika d = 8 μm pada λ = 532 nm, P = 900 nm. d Intensitas aksial untuk mikrolensa d = 8 μm. Bidang intensitas pada bidang y-z didistribusikan secara identik dengan bidang x-z
Titik fokus tunduk pada batas difraksi Rayleigh klasik karena fokus far-field tidak berasal dari pemulihan medan evanescent [32] atau super-oscilasi [33]. Oleh karena itu, ketergantungan panjang fokus pada panjang gelombang operasional dapat dinyatakan oleh hubungan yang berasal dari integral Rayleigh-Sommerfeld (R-S) [18]. Dari Gambar 5b, d, kita dapat melihat bahwa distribusi medan optik yang dihitung oleh integral R-S sangat setara dengan hasil simulasi FDTD untuk kedua kasus. Namun, hasil pengukuran menunjukkan perbedaan yang sedikit karena berbagai kesalahan yang diperkenalkan selama proses fabrikasi dan pengukuran optik. Perlu diperhatikan bahwa untuk kasus 4-μm, penyimpangan pengukuran dibandingkan simulasi adalah 8,3%, dibandingkan 1,1% untuk kasus 8-μm. Dengan kata lain, mikrolensa dengan diameter lebih besar kurang sensitif terhadap kesalahan normal.
Karena performa fokus tidak terkait dengan rekayasa gelombang depan, throughput optik titik fokus tergantung pada transmisi yang ditingkatkan SP melalui apertur subpanjang gelombang [18]. Ketika hasil dari Gambar 6 dibandingkan dengan spektrum transmisi dari mikrolensa yang berbeda, transmisi yang ditingkatkan dan transmisi yang dipadatkan hadir pada panjang gelombang yang berbeda tergantung pada jarak jaring. Menurut laporan sebelumnya [34], respons spektral selektif ditemukan berasal dari efek gabungan dari resonansi plasmon permayaan propagasi (PSPR) yang dipertahankan pada antarmuka logam/dielektrik dan resonansi plasmon permukaan lokal (LSPR) di sekitar nanolubang. Seperti yang diamati pada Gambar 6c, lokasi cekungan transmisi, seperti yang diimplicasikan oleh lingkaran, muncul dengan pergeseran merah sepanjang sumbu x seiring peningkatan jarak jaring, demikian pula puncak transmisi. Ini memberi mikrolensa kemampuan yang tidak biasa untuk mengontrol throughput optik pada panjang gelombang tertentu dan memastikan mikrolensa dapat dengan mudah dirancang dengan fokus yang efisien. Gambar 6a, b memberikan distribusi medan mikrolensa 4-μm untuk kasus P = 400 nm pada panjang gelombang cekungan 581 nm dan puncak 681 nm, masing-masing. Kecuali penurunan panjang fokus yang diperkenalkan oleh peningkatan panjang gelombang, intensitas titik fokus untuk panjang gelombang 681 nm hampir 100 kali lebih besar dari pada λ = 581 nm.
a, b Hasil simulasi pola medan listrik mikrolensa 4-μm ketika P = 400 nm pada panjang gelombang kerja λ = 581 nm (cekungan transmisi) dan 681 nm (puncak), masing-masing. c Spektra transmisi total yang disimulasikan untuk mikrolensa yang sesuai dengan jarak jaring P = 400, 530, dan 600 nm dalam rentang frekuensi 400~800 nm, dan inset menunjukkan model mikrolensa 4-μm. Cekungan dan puncak transmisi ditandai dengan lingkaran dan segitiga, masing-masing
II.
Pengaruh defek acak
Meskipun NSL adalah metode fabrikasi paralel yang sangat baik untuk menciptakan array nanolubang luas area pada mikrolensa dan array-nya, satu masalah yang dirasakan dari teknik ini adalah defek acak didistribusikan di seluruh lapisan nanolubang mikrolensa. Defek hampir tidak dapat dihindari selama proses self-assembly nanosphera, yang biasanya dianggap secara dasar membatasi resolusi dan kedalaman penyerapan metode optik. Namun, menakjubkan bahwa defek menawarkan alternatif yang tidak biasa untuk struktur periodik konvensional untuk memanipulasi cahaya. Beberapa defek acak terbukti meningkatkan, daripada merusak, kejinaman fokus dalam eksperimen optik tertentu [35, 36]. Oleh karena itu, pengaruh defek yang timbul dari proses fabrikasi kami pada performa fokus mikrolensa yang dipelajari di sini sangat penting untuk aplikasi praktis dan penelitian lebih lanjut tentang kristal fotonik acak.
Selain kosongan, dislokasi, dan defek berlapis ganda yang dihasilkan dari prosedur self-assembly nanosphera yang disebut di atas, deformasi bentuk nanolubang juga mungkin ada pada mikrolensa akhir selama penyusutan PS dan penghapusan PS sebagai hasil dari imbalanced O₂ plasma etching. Oleh karena itu, defek yang kita pertimbangkan dapat diklasifikasikan sebagai defek bentuk dan posisi. Untuk menunjukkan dampak defek bentuk pada performa fokus mikrolensa, kami menampilkan mikrolensa dengan out-of-roundness σ yang berbeda pada nanolubang ketika fill factor umum adalah 0,33 dan citra fokus optik yang sesuai diberikan pada Gambar 7a. Jelas, pola fokus untuk kasus σ = 0,4 dan σ = 0,7 hampir sama kecuali variasi kecil dari intensitas fokus. Lebih jelas lagi, seperti terlihat pada Gambar 7a, pola fokus yang serupa pada a1, a2, dan a3 menunjukkan bahwa tingkat deformasi yang meningkat dan perubahan arah deformasi memiliki pengaruh yang tidak signifikan pada properti fokus mikrolensa.
a Titik fokus dari mikrolensa tidak bergantung pada kesalahan out-of-roundness σ nanolubang. Properti fokus tidak menunjukkan perubahan yang jelas ketika σ = 0 (nanolubang bulat) pada Gambar 5 ditingkatkan menjadi a1 σ = 0,4, a2 σ = 0,7 dengan arah distorsi horizontal, dan a3 σ = 0,7 dengan arah distorsi tegak lurus. b Perkenalan keacakan spasial pada posisi nanolubang. Arah deviasi secara acak berbeda dari lubang ke lubang, tetapi panjang deviasi δ dipertahankan konstan untuk setiap lubang. Pola fokus yang sama diperoleh ketika panjang deviasi b1 δ = 0, b2 δ = 50 nm, dan b3 δ = 100 nm
Untuk menjelajahi pengaruh defek posisi, kami menyimpang posisi nanolubang ke arah yang berbeda dengan panjang δ. Arah deviasi setiap lubang terdistribusi secara acak dari lubang ke lubang dan dipertahankan konstan untuk setiap δ (lihat Gambar 7b). Seiring peningkatan δ, nanolubang menyimpang dari keadaan terpaket sempurna dan menjadi “lebih acak.” Tiga pola fokus mikrolensa yang serupa terkait dengan posisi nanolubang acak yang berbeda, δ = 0, 50, dan 100 nm, diperoleh. Selain itu, diamati bahwa penurunan kecil dalam intensitas fokus muncul pada profil medan dengan array nanolubang yang lebih acak. Di atas semua, ini mengungkapkan bahwa defek bentuk dan posisi dalam mikrolensa memiliki efek yang sangat sedikit pada performa fokus dan sebagian besar hanya memodulasi intensitas fokus.
III.
Performa fokus array mikrolensa
Gambar 8 menunjukkan array mikrolensa 3 × 3 yang difabrikasi dengan jarak yang berbeda dan pola optik yang diukur secara eksperimental pada λ = 532 nm, serta iluminasi bandarlebar. Perhatikan bahwa titik fokus dari mikrolensa dengan lebih banyak dislokasi dalam array lebih lemah daripada dari mikrolensa lain pada Gambar 8b. Ini karena defek dislokasi secara efektif mengurangi jumlah nanolubang yang berkontribusi pada pola interferensi optik. Selanjutnya, hasil menunjukkan persetujuan yang luar biasa dengan yang diperoleh oleh simulasi FDTD bahwa defek terutama mempengaruhi intensitas fokus. Selain itu, mikrolensa dapat memfokuskan cahaya putih bandarlebar (Gambar 8 (a2), dan (b2)) karena aberrasi kromatik minimal. Titik fokus di bawah iluminasi cahaya putih memiliki dimensi lateral yang serupa dengan yang di bawah panjang gelombang tunggal, sementara panjang fokus bandarlebar secara aproksimatif adalah rata-rata dari panjang fokus pada panjang gelombang yang ditingkatkan SP. Selain itu, efek kopling fokus dalam array mikrolensa yang telah kita analisis dalam penelitian kami sebelumnya [37] muncul dalam pola fokus yang diperoleh sebagai wilayah C, D, dan E yang ditandai pada Gambar 8 (b1) dan (b2).
a Citra mikroskop optik array mikrolensa 3 × 3 yang difabrikasi jarak 8 μm terpisah ketika d = 8 μm dan pola optik yang diukur (A–A) pada (a1) panjang gelombang tunggal λ = 532 nm dan (a2) iluminasi bandarlebar. Fokus identik dari mikrolensa individu diamati. b Hasil eksperimental (B–B) untuk array mikrolensa 3 × 3 jarak 4 μm pada (b1) panjang gelombang tunggal λ = 532 nm dan (b2) iluminasi bandarlebar. Efek kopling antara dua mikrolensa yang berdekatan, seperti yang ditunjukkan oleh wilayah C, D, dan E, dapat diamati
Kesimpulan
Untuk merangkum, kami telah menunjukkan untuk pertama kalinya bahwa teknik NSL sebagai metode paralel dan biaya rendah dapat digunakan untuk memfabrikasi mikrolensa planar logam yang berfungsi di seluruh spektrum terlihat. Didukung oleh hasil simulasi dan eksperimental, properti fokus mikrolensa dapat dijelaskan oleh kombinasi interferensi optik dan efek plasmon permukaan. Dengan mempertimbangkan jarak jaring dan diameter nanolubang, mikrolensa dapat disesuaikan untuk memberikan transmisi yang tinggi pada panjang gelombang tertentu. Performa fokus mikrolensa dari kondisi sempurna hingga defek dieksploitasi oleh metode FDTD. Keduanya, simulasi dan eksperimen mengklarifikasi bahwa defek acak dalam array nanolubang hanya mempengaruhi efisiensi fokus mikrolensa dan efek kopling fokus seperti yang diprediksi terjadi baik di bawah panjang gelombang tunggal maupun iluminasi bandarlebar. Kemampuan fokus bandarlebar, ukuran miniatur, dan teknik fabrikasi yang serbaguna semuanya bersama-sama membuka potensi besar untuk perangkat all-optical atau opto-elektronik yang kompak dan murah seperti sel surya [26], filter warna [38], dan penyesuaian indeks bias [39].
