Sviluppo e analisi di un nano

Jun 20, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13387 (2023) Citare questo articolo

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Man mano che la società diventa più intelligente, le tecnologie avanzate di rilevamento e imaging ottico che utilizzano le regioni del visibile e del vicino infrarosso sono diventate sempre più diffuse. I polarizzatori a griglia, disponibili per le onde elettromagnetiche a banda larga, sono efficaci nel migliorare il rapporto segnale-rumore di tali sistemi ottici e consentire il rilevamento e l'analisi di oggetti più avanzati. Tuttavia, per essere implementati nei prodotti di uso quotidiano, è necessario sviluppare metodi di produzione a basso costo pur mantenendo funzioni ottiche ad alte prestazioni. Per soddisfare questi requisiti, abbiamo condotto un'analisi della geometria dei polarizzatori a griglia metallica e progettato e sviluppato un polarizzatore a griglia metallica con una struttura a forma d'onda nano-triangolare che può essere fabbricata utilizzando apparecchiature di produzione generiche. Una volta preparato lo stampo, questo polarizzatore può essere fabbricato tramite nanoimprinting e deposizione di metallo con un angolo normale o processi di placcatura chimica. Il polarizzatore fabbricato mediante placcatura chimica di Ni raggiunge una trasmittanza del 40%, che è circa 1,4 volte superiore a quella ottenuta in uno studio precedente utilizzando la placcatura chimica di Ni su una struttura rettangolare con lo stesso periodo. Inoltre, il polarizzatore fabbricato mediante deposizione di alluminio ad angolo normale opera su un'ampia gamma di lunghezze d'onda, dalla luce visibile al vicino infrarosso, e raggiunge un rapporto di estinzione della polarizzazione di 24 dB a una lunghezza d'onda di 550 nm e un'elevata trasmittanza dell'81%. Polarizzatori ad alte prestazioni possono essere ottenuti mediante deposizione ad angolo normale utilizzando apparecchiature generiche in contrasto con il metodo di deposizione ad angolo obliquo impiegato nella produzione di polarizzatori a griglia metallica convenzionali basati su struttura rettangolare, contribuendo così alla riduzione dei costi e al miglioramento della producibilità.

I polarizzatori sono elementi ottici importanti utilizzati nelle tecnologie ottiche, come il rilevamento ottico e l'imaging ottico; in futuro, con la costruzione di una società intelligente, la domanda di polarizzatori aumenterà ulteriormente. Le loro applicazioni che utilizzano la luce visibile nel vicino infrarosso non si limitano ai display; negli ultimi anni sono stati utilizzati nei sistemi di rilevamento e rilevamento della luce per la guida automatica1,2,3,4, robot5,6, smartphone7, sistemi di imaging biologico8,9,10 e sistemi di sicurezza11,12. Di conseguenza, la ricerca e lo sviluppo dei polarizzatori ha fatto progressi significativi, portando alla nascita di polarizzatori metamateriali13,14, polarizzatori a nanotubi di carbonio15,16,17 e polarizzatori multistrato18,19, che sono stati proposti e dimostrati. La maggior parte dei polarizzatori attuali sul mercato sono polarizzatori dicroici a base di coloranti. Ampliare la gamma delle lunghezze d'onda funzionali è impegnativo e la scelta dei polarizzatori nella regione del vicino infrarosso è limitata20,21. I polarizzatori a griglia metallica (WGP) sono candidati promettenti perché mostrano prestazioni elevate su lunghezze d'onda a banda larga dalla luce visibile alla regione del vicino infrarosso controllando la forma e il materiale della struttura anisotropa della lunghezza d'onda secondaria.

Tuttavia, l’elevato costo di produzione dei tipici WGP ne limita l’applicazione. Per essere adottato in futuro in vari tipi di sistemi ottici, è necessario un metodo di produzione a basso costo. Per fabbricare strutture metalliche con le lunghezze d'onda subordinate richieste, un approccio più ortodosso consiste nell'utilizzare la litografia a fascio di elettroni e l'attacco con Al. Come approcci alternativi, sono stati segnalati metodi che utilizzano l'esposizione alle interferenze22 e il nanoimprinting23,24 invece della litografia a fascio di elettroni. Il nanoimprinting è un metodo di formatura basato su stampo relativamente economico tra i metodi di formazione di nanostrutture. Successivamente, sono stati segnalati vari metodi basati sul processo di nanoimprinting che non richiedono l'attacco con Al, come la deposizione ad angolo obliquo25,26,27 e la deposizione ad angolo radente28,29. Poiché non è richiesta la rimozione di parti metalliche non necessarie, il processo di produzione può essere abbreviato e la producibilità può essere migliorata. Tuttavia, poiché è necessaria un'attrezzatura speciale per la deposizione ad angolo obliquo e la precisione richiesta dell'angolo di deposizione è elevata, sono stati segnalati diversi WGP che utilizzano la deposizione sotto vuoto ad angoli normali che possono essere prodotti utilizzando attrezzature generiche30,31,32,33, 34,35. Inoltre, sono stati segnalati anche WGP prodotti attraverso processi di soluzione che non utilizzano il metodo di deposizione sotto vuoto36,37,38,39; tuttavia, le loro prestazioni sono inferiori rispetto a quelle dei WGP prodotti mediante deposizione sotto vuoto. Pertanto, vi è un rinnovato interesse nella ricerca e nello sviluppo di WGP a basso costo e ad alte prestazioni da implementare nelle applicazioni di prossima generazione. Si prevede che la realizzazione di questa tecnologia darà un contributo significativo alla diffusione di sistemi avanzati di rilevamento ottico ed elaborazione delle immagini e alla realizzazione di una società intelligente più sicura.