Sviluppata una nuova tecnica per la fabbricazione di dispositivi ottici a elevate prestazioni, ultrasottili e ultraleggeri destinati a sistemi di imaging
ultracompatti
Dispositivi ottici per il futuro della realtà in digitale
Il lavoro è il frutto di una collaborazione tra: Stefano Luigi Oscurato, Marcella Salvatore, Francesco Reda e Pasqualino Maddalena provenienti dal Dipartimento di Fisica “Ettore Pancini” della Federico II; Fabio Borbone del Dipartimento di Scienze Chimiche Federico II; e Antonio Ambrosio dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) con il sostegno del progetto ERC “METAmorphoses” (di cui è responsabile Antonio Ambrosio), e il progetto ACTRIS-Aerosol, Clouds and Trace Gases Research Infrastructure finanziato dal MIUR nell’ambito del Programma Nazionale Infrastrutture di Ricerca (PNIR).
La ricerca del gruppo di ricercatori, tutti formatisi alla scuola federiciana, è stata recentemente pubblicata sulla rivista scientifica Laser & Photonics Review.
L’obiettivo della ricerca è definire tecniche per la realizzazione di microdispositivi ottici riconfigurabili implementabili come wearable device e visori per la realtà virtuale e/o aumentata. Notevoli le possibili ricadute pratiche in campi come la chirurgia remota, la didattica a distanza, l’edilizia, la domotica, l’intrattenimento.
Il gruppo ha sviluppato una tecnica di fabbricazione di dispositivi ottici ultrasottili e ultraleggeri strutturando la superficie di un azopolimero tramite una tecnica ottica innovativa basata sull’olografia digitale. La tecnica dimostra come sia possibile realizzare a basso costo componenti ottici riconfigurabili a comando e in tempo reale.
Fotonica e fisica delle superfici
Al centro del lavoro vi sono gli azopolimeri che, in quanto materiali fotosensibili, hanno la peculiarità di rispondere alla luce incidente con lo sviluppo di microstrutture superficiali, la cui geometria può essere manipolata tramite l’assorbimento della luce. La luce stessa potrebbe cancellare le strutture presenti sulla superficie, rimodulando quest’ultima per via ottica. Si tratta di un meccanismo simile a quello che avviene quando in spiaggia si fanno castelli di sabbia ovvero manipolando strutture reversibili. Queste caratteristiche hanno reso gli azopolimeri ideali per applicazioni fotolitografiche economicamente sostenibili: fisica delle superfici e fotonica per la realizzazione di superfici idrorepellenti, adesivi reversibili e microsistemi ottici.
Ricerche come questa attirano l’attenzione da parte delle grandi aziende protagoniste nel campo dell’hi-tech e dell’intrattenimento digitale. Si pensi a prodotti come HoloLens di Microsoft, a Magic Leap o al prossimo Smart Mirror di Amazon. Solo per citare le possibili applicazioni nel campo della realtà aumentata.
L’aumento della domanda di dispositivi indossabili e ultracompatti richiede sforzi tecnologici notevoli. I costi per la produzione su larga scala di elementi ottici ad alte prestazioni (indispensabili per queste applicazioni) incontra ancora numerose difficoltà, con processi di fabbricazione generalmente costosi e soprattutto non idonei a realizzare microsistemi riconfigurabili. La miniaturizzazione e l’interoperabilità di elementi ottici convenzionali costituisce un passo fondamentale per lo sviluppo di sistemi sempre più complessi.
I metodi litografici tradizionali, tipicamente, richiedono processi seriali di strutturazione troppo lunghi. “La tecnica di nano-litografia olografica che abbiamo messo a punto,” – dichiara Stefano Oscurato, primo firmatario dell’articolo – “accoppiata alla risposta alla luce laser degli azopolimeri, ci ha consentito di fabbricare lenti e reticoli di diffrazione che possono essere rimodellati e riconfigurati completamente attraverso sole tecniche ottiche. In questo modo la periodicità del reticolo può essere modificata a comando; la lunghezza focale degli obiettivi può essere regolata quando serve e ognuno di tali elementi ottici può essere trasformato in un altro con funzionalità ottiche completamente diverse. I risultati ottenuti offrono nuove strategie per futuri componenti ottici planari e leggeri, integrabili in visori e display.”
La ricerca sperimentale ha coinvolto i laboratori di Nano-Ottica del Dipartimento di Fisica e il Laboratorio MaDI del CeSMA. La disponibilità di strumentazione e competenze avanzate presso il CeSMA, in particolare, ha reso possibile dare una sede ad attività di ricerca di base e applicata.
Per approfondire
- Oscurato, S. L. & al., Shapeshifting Diffractive Optical Devices, Laser & Photonics Reviews, (2022), 2100514, https://doi.org/10.1002/lpor.202100514