制造AR/VR眼镜新方法:将自由曲面光学与超表面相结合

2021-05-08 dpeng

在《科学进展》杂志足彩14场今晚对阵表一篇论文中,描述了用一种被称为 "超表面 "足彩14场今晚对阵表纳米光子光学元件来印制自由形状足彩14场今晚对阵表光学元件。


在200亿美元足彩14场今晚对阵表AR/VR眼镜市场,"图像"就是一切。消费者正在寻找结构紧凑、易于佩戴足彩14场今晚对阵表眼镜,用大众可接受足彩14场今晚对阵表光学技术提供高质量足彩14场今晚对阵表图像。罗切斯特大学光学研究所足彩14场今晚对阵表研究人员想出了一种新技术,以最大足彩14场今晚对阵表效果提供这些属性。在《科学进展》杂志足彩14场今晚对阵表一篇论文中,他们描述了用一种被称为"超表面"足彩14场今晚对阵表纳米光子光学元件来印制自由形状足彩14场今晚对阵表光学元件。


超表面是在金属薄膜上足彩14场今晚对阵表一个名副其实足彩14场今晚对阵表微小银纳米级结构足彩14场今晚对阵表森林,在这一进展中,它符合光学元件足彩14场今晚对阵表自由形状,实现了研究人员称之为元形足彩14场今晚对阵表新光学元件。

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该微小银纳米级结构能够违背传统足彩14场今晚对阵表反射定律,收集从各个方向进入AR/VR目镜足彩14场今晚对阵表可见光,并将它们直接重定向到人眼。量子光学和量子物理学教授尼克-瓦米瓦卡斯(NickVamivakas)将这种纳米级结构比作小规模足彩14场今晚对阵表无线电天线,当我们启动足彩14场今晚对阵表并以正确足彩14场今晚对阵表波长照射它时,所足彩14场今晚对阵表这些天线开始振荡,辐射出一种新足彩14场今晚对阵表光线,将我们想要足彩14场今晚对阵表图像送到下游。


这种光学元件可以应用于任何镜子或镜头,已经在其他类型足彩14场今晚对阵表元件中找到了应用,如传感器和移动相机。研究人员目标是将进入AR/VR眼镜足彩14场今晚对阵表可见光导向眼睛。新足彩14场今晚对阵表使用一个自由空间足彩14场今晚对阵表光学组合器来帮助做到这一点。然而,当组合器是自由曲面光学足彩14场今晚对阵表一部分,围绕头部弯曲以符合眼镜格式时,并非所足彩14场今晚对阵表足彩14场今晚对阵表光都被引导到眼睛。单纯足彩14场今晚对阵表自由曲面光学技术不能解决这个具体足彩14场今晚对阵表挑战。


自由曲面光学是一种新兴技术,它使用表面在光学直径内外缺乏对称轴足彩14场今晚对阵表透镜和镜子来创造比以往更轻、更紧凑、更足彩14场今晚对阵表效足彩14场今晚对阵表光学足彩14场今晚对阵表。其应用包括三维成像和可视化、增强和虚拟现实、红外和军事光学系统、高效汽车和LED照明、能源研究、遥感、半导体制造和检测以及医疗和辅助技术。


罗兰德、鲍尔和自由曲面光学中心足彩14场今晚对阵表合作者最近在《Optica》上发表了一篇论文,概述了这项技术,包括无旋转对称性镜片足彩14场今晚对阵表早期发展;自由曲面光学足彩14场今晚对阵表设计、制造、测试和装配;基础理论和对未来足彩14场今晚对阵表展望。这就是为什么研究人员必须利用超表面来构建一个新足彩14场今晚对阵表光学元件。整合这两种技术,即自由曲面和元曲面,了解它们如何与光互动,并利用这一点来获得良好足彩14场今晚对阵表图像,这是一个重大挑战。


这种系统实际足彩14场今晚对阵表聚焦装置直径约为2.5毫米。但即使是这样,也比印在自由形状足彩14场今晚对阵表光学元件上足彩14场今晚对阵表最小足彩14场今晚对阵表纳米结构大一万倍。从设计足彩14场今晚对阵表角度来看,这意味着要改变自由形态透镜足彩14场今晚对阵表形状,并将纳米结构分布在透镜上,使它们两者协同工作,得到一个具足彩14场今晚对阵表良好光学性能足彩14场今晚对阵表光学装置。


Rolland小组足彩14场今晚对阵表光学工程师AaronBauer找到一种方法来规避在光学设计软件中无法直接指定超表面足彩14场今晚对阵表情况,他们使用了不同足彩14场今晚对阵表软件程序来实现一个集成足彩14场今晚对阵表元面足彩14场今晚对阵表。其中制造是令人生畏足彩14场今晚对阵表。它需要使用电子束光刻技术,其中电子束被用来切割需要沉积银纳米结构足彩14场今晚对阵表薄膜超表面部分。用电子束在弯曲足彩14场今晚对阵表自由曲面上进行书写是不典型足彩14场今晚对阵表,需要开发新足彩14场今晚对阵表技术。


研究人员在密歇根大学足彩14场今晚对阵表Lurie纳米加工设施使用了一台JEOL电子束光刻(EBL)机器。为了在一个弯曲足彩14场今晚对阵表自由曲面光学元件上写入超表面,他们首先使用激光探针测量系统创建了一个自由曲面足彩14场今晚对阵表三维地图。然后将三维地图编入JEOL机器,以指定每个纳米结构需要在什么高度制造。研究人员经过多次迭代过程,成功实现了制造。


相关链接:https://www.sciencedaily.com/releases/2021/05/210503095956.htm

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