Onderzoekers van SRON en TU Delft hebben bolometerdetectoren gemaakt met platte lenzen op een siliciumwafer. Daarmee lossen ze een belangrijk knelpunt op bij de bouw van grotere camera’s. Bolometers vormen de basis van ver-infrarood spectrometers die kleuren tot een miljoenste van hun golflengte kunnen onderscheiden. Dit is nodig om astrofysische processen te observeren, zoals het ontstaan van sterren en sterrenstelsels uit gas- en stofwolken.
Huidige bolometerdetectoren, ook wel bekend als hot electron bolometer (HEB)-mixers, hebben voor elke pixel een individueel bewerkt elliptisch siliciumlensje nodig. Het uitlijnen en assembleren van deze lensjes tot reeksen van meer dan tien pixels is een complex, handmatig proces, waardoor grotere reeksen onpraktisch zijn.
plat oppervlak
Onderzoekers van SRON en TU Delft hebben nu aangetoond dat ze een werkende oplossing hebben. Ze hebben de traditionele elliptische lenzen vervangen door een vlakke metalens: een plat oppervlak met microstructuren die licht buigen zoals een gebogen lens. Deze metalens wordt rechtstreeks op een siliciumwafer vervaardigd, en daarna in één klap uitgelijnd en verbonden met een tweede wafer waar al een reeks HEB-detectoren op zit.
eerste succesvolle integratie
Het team beschrijft nu in een publicatie in Applied Physics Letters de eerste succesvolle integratie van een platte lens met een supergeleidende detector zoals een HEB. Het systeem haalt voldoende gevoeligheid om bruikbaar te zijn voor toekomstige ruimtemissies.
‘Deze teamprestatie bereiken we binnen een combinatie van twee disciplines: optica en detectoren,’ zegt teamleider Jian-Rong Gao. ‘Deze eerste integratie bewijst dat platte lenzen niet alleen een leuk experiment zijn, maar een praktische oplossing voor echte ver-infraroodsterrenkunde.’
Publicatie
D. Ren, J. R. G. Silva, S. Cremasco, Z. Zhao, W. Ji, J. de Graaff, A. J. L. Adam, and J. R. Gao, ‘Meta-lens coupled terahertz NbN hot electron bolometer mixer’, Applied Physics Letters