UV オプティクス市場の常識を打ち破る「メタレンズ」 (Rice ‘metalens’ could disrupt vacuum UV market)

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2022-05-05 アメリカ合衆国・ライス大学

UV オプティクス市場の常識を打ち破る「メタレンズ」 (Rice ‘metalens’ could disrupt vacuum UV market)

・ ライス大学、香港城市大学 (CityU)、台湾国立聯合大学、台湾中央研究院および国立台湾大学から成る研究チームが、短い波長の紫外線 A(UV-A)を真空紫外線(vacuum UV: VUV)に変換するメタレンズを開発。
・ 波長範囲が 100~200nm の VUV は大気に吸収され、その名の示す通り真空のみで伝搬する。通常は真空チャンバー等の特殊な環境や、VUV の発光・集光機器が必要となる。
・ 半導体製造、光化学や材料科学で使用される VUV の発生源は、大型、高価で輸出規制のある非線形結晶。また、VUV は発光後の処理が高コストで、商用の VUV システムは冷蔵庫ほどの大型で価格は数万ドルにものぼる。
・ 過去の研究では、第二次高調波発生と呼ばれる周波数の倍増プロセスを通じ、酸化亜鉛のメタ表面による 394nm の UV から 197nm の VUV への変換を実証しているが、集光無しのためメタ表面には複雑なパターンが不要であった。
・ 新メタレンズは、紙よりも薄い透明酸化亜鉛シートに数百個の微細な三角柱ナノレゾネーターを同心円状にエッチングしたもの。394nm の UV を 197nm の VUV に変換すると同時に 1.7 ミクロンの直径のスポットに集光し、出力密度を 21 倍増加させる。
・ 微細なレゾネーターと酸化亜鉛シートの界面が、光の移動速度と方向の位相を変化させる。電気力学の働きを利用して光の方向を界面で変化させるため、出力光の集光が不要となる。
・ メタレンズ技術は可視光波長領域で極めて効率的となるため、VR ヘッドセットで使用されている。近年では可視光と赤外波長で実証されているが、より短い波長での実証は今回が初めてとなる。
・ 新技術は基礎的段階ではあるが、小型の VUV オプティカルコンポーネントやデバイスの大量製造手段を指し示すもの。現在最高水準の VUV システムとの競合はまだ先となるが、大きな可能性が期待できる。
・ 本研究は、台湾科学技術部(MOST)、台湾大学、深圳市科技創新委員会、香港特別行政区の大学助成金審議会/研究助成金審議会、広東省科学技術庁、香港城市大学電気工学部、台湾教育部のYuhan Young Scholar Program、台湾中央研究院応用科学研究センター、ロバート・A・ウェルチ財団、米
国立科学財団(NSF)、米国空軍科学研究局(AFOSR)および米国国防脅威削減局(DTRA)が資金を提供した。
URL: https://news.rice.edu/news/2022/rice-metalens-could-disrupt-vacuum-uv-market

<NEDO海外技術情報より>

関連情報

Science Advances 掲載論文(フルテキスト)
Vacuum ultraviolet nonlinear metalens
URL: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn5644

Abstract

Vacuum ultraviolet (VUV) light plays an essential role across science and technology, from molecular spectroscopy to nanolithography and biomedical procedures. Realizing nanoscale devices for VUV light generation and control is critical for next-generation VUV sources and systems, but the scarcity of low-loss VUV materials creates a substantial challenge. We demonstrate a metalens that both generates—by second-harmonic generation—and simultaneously focuses the generated VUV light. The metalens consists of 150-nm-thick zinc oxide (ZnO) nanoresonators that convert 394 nm (~3.15 eV) light into focused 197-nm (~6.29 eV) radiation, producing a spot 1.7 μm in diameter with a 21-fold power density enhancement as compared to the wavefront at the metalens surface. The reported metalens is ultracompact and phase-matching free, allowing substantial streamlining of VUV system design and facilitating more advanced applications. This work provides a useful platform for developing low-loss VUV components and increasing the accessibility of the VUV regime.
0505化学装置及び設備
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