Développement et analyse d'un nano

Jun 20, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 13387 (2023) Citer cet article

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À mesure que la société devient plus intelligente, les technologies avancées de détection optique et d’imagerie utilisant les régions visibles et proches de l’infrarouge sont devenues de plus en plus répandues. Les polariseurs à grille métallique, disponibles pour les ondes électromagnétiques à large bande, sont efficaces pour améliorer le rapport signal/bruit de ces systèmes optiques et permettre une détection et une analyse d'objets plus avancées. Cependant, pour être mis en œuvre dans les produits du quotidien, des méthodes de fabrication à faible coût doivent être développées tout en conservant des fonctions optiques performantes. Pour répondre à ces exigences, nous avons effectué une analyse de la géométrie des polariseurs à grille métallique, et avons conçu et développé un polariseur à grille métallique doté d'une structure en forme d'onde nano-triangulaire qui peut être fabriqué à l'aide d'équipements de fabrication à usage général. Une fois le moule préparé, ce polariseur peut être fabriqué par nanoimpression et dépôt de métal avec un angle normal ou par procédé de placage autocatalytique. Le polariseur fabriqué par placage autocatalytique de Ni atteint une transmission de 40 %, soit environ 1,4 fois supérieure à celle obtenue dans une étude précédente utilisant un placage autocatalytique de Ni sur une structure rectangulaire avec la même période. De plus, le polariseur fabriqué par dépôt d'Al à angle normal fonctionne sur une large gamme de longueurs d'onde allant de la lumière visible au proche infrarouge, et atteint un taux d'extinction de polarisation de 24 dB à une longueur d'onde de 550 nm et une transmission élevée de 81 %. Des polariseurs hautes performances peuvent être obtenus par dépôt à angle normal à l'aide d'un équipement à usage général contrairement au procédé de dépôt à angle oblique utilisé dans la fabrication de polariseurs à grille métallique à base de structure rectangulaire classiques, contribuant ainsi à une réduction des coûts et à une capacité de fabrication améliorée.

Les polariseurs sont des éléments optiques importants utilisés dans les technologies optiques, telles que la détection optique et l'imagerie optique ; à l’avenir, avec la construction d’une société intelligente, la demande de polariseurs augmentera encore. Leurs applications utilisant la lumière visible au proche infrarouge ne se limitent pas aux écrans ; ces dernières années, ils ont été utilisés dans les systèmes de détection et de télémétrie de la lumière pour la conduite automatique1,2,3,4, les robots5,6, les smartphones7, les systèmes d'imagerie biologique8,9,10 et les systèmes de sécurité11,12. En conséquence, la recherche et le développement de polariseurs ont considérablement progressé, conduisant à l’émergence de polariseurs métamatériaux13,14, de polariseurs à nanotubes de carbone15,16,17 et de polariseurs multicouches18,19, qui ont été proposés et démontrés. La plupart des polariseurs actuellement sur le marché sont des polariseurs à base de colorant dichroïque. Élargir la gamme de longueurs d'onde fonctionnelles est un défi et le choix de polariseurs dans la région proche infrarouge est limité20,21. Les polariseurs à grille métallique (WGP) sont des candidats prometteurs car ils présentent des performances élevées sur les longueurs d'onde à large bande, de la lumière visible à la région proche infrarouge, en contrôlant la forme et le matériau de la structure anisotrope sub-longueur d'onde.

Cependant, le coût de fabrication élevé des WGP typiques limite leur application. Pour être adoptée dans divers types de systèmes optiques à l'avenir, une méthode de fabrication à faible coût est nécessaire. Pour fabriquer des structures métalliques avec les sous-longueurs d'onde requises, une approche plus orthodoxe consiste à utiliser la lithographie par faisceau électronique et la gravure à l'aluminium. Comme approches alternatives, des méthodes utilisant l’exposition aux interférences22 et la nanoimpression23,24 au lieu de la lithographie par faisceau d’électrons ont été signalées. La nanoimpression est une méthode de formage basée sur un moule qui est relativement peu coûteuse parmi les méthodes de formation de nanostructures. Par la suite, diverses méthodes basées sur le processus de nano-impression qui ne nécessitent pas de gravure à l'aluminium, telles que le dépôt à angle oblique et le dépôt à angle oblique 28,29, ont été rapportées. Comme l'élimination de parties métalliques inutiles n'est pas nécessaire, le processus de fabrication peut être raccourci et la capacité de fabrication peut être améliorée. Cependant, comme un équipement spécial pour le dépôt à angle oblique est nécessaire et que la précision requise de l'angle de dépôt est élevée, plusieurs WGP utilisant le dépôt sous vide à des angles normaux qui peuvent être fabriqués à l'aide d'un équipement à usage général ont été rapportés. 34,35. En outre, des WGP produits par des processus en solution qui n'utilisent pas la méthode de dépôt sous vide ont également été signalés36,37,38,39 ; néanmoins, leurs performances sont inférieures à celles des WGP produits par dépôt sous vide. Ainsi, il existe un regain d’intérêt pour la recherche et le développement de WGP à faible coût et hautes performances destinés à être mis en œuvre dans des applications de nouvelle génération. La réalisation de cette technologie devrait apporter une contribution significative à la diffusion de systèmes avancés de détection optique et de traitement d’images et à la réalisation d’une société intelligente plus sûre et plus sécurisée.