La nouvelle génération de métalentilles

Cet article porte sur une nouvelle invention en optique créée par une équipe de la John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences de Harvard. Touchant plusieurs domaines d’applications et issue des dernières recherches en nanotechnologies, cette étude a particulièrement visé la fabrication de lentilles de contact bioniques pour la correction de problèmes de vision.

La technologie a pour objectif de créer des solutions pour les personnes atteintes de déficiences visuelles non corrigibles. Elle pourra notamment être utilisée dans plusieurs autres applications. Ses propriétés optiques peuvent révolutionner les appareils photos, les microscopes optiques, les lunettes et les dispositifs de réalité virtuelle et augmentée, et ce, en optimisant les fonctions de zoom et d’ajustement focal. Son système transpose et rassemble les manipulations longitudinales des composants optiques sur de la surface d’une lentille. Cette recherche contribuera ainsi à la miniaturisation des dispositifs optiques et à la création de liens intéressants entre les industries œuvrant dans les domaines des semi-conducteurs et des lentilles. Ainsi, les technologies utilisées dans la fabrication des puces d’ordinateur seront utilisées pour fabriquer des composants optiques à base de nanomatériaux.

Une technologie qui sortira bientôt des laboratoires : les métalentilles améliorées

Ce qui pourrait être le prochain œil bionique corrige les troubles de la vision grâce à un système qui s’ajuste en temps réel. Il est composé d’une lentille munie d’un muscle artificiel qui fonctionne à l’instar du muscle ciliaire de l’œil humain. Il s’agit d’une nouvelle génération de métalentilles (metalenses), caractérisées principalement par leur surface fabriquée d’un métamatériau. Elles sont réalisées à partir de nanomatériaux dont la structure confère une grande efficacité de captation et de concentration des rayons lumineux, leur permettant de mieux saisir les images. Grâce à ces propriétés, les lentilles peuvent aussi changer instantanément la distance focale, comme le cristallin.

Cette vidéo explique les caractéristiques optiques des métalentilles

La modulation spatiale de la lumière par la métasurface permet de corriger l’astigmatisme et les problèmes de déplacement de l’image. Avant cette étude, cette technologie n’avait pas encore été adoptée, car la vitesse des composants utilisés pour actionner la métasurface n’était pas assez rapide. Il s’agit donc de la grande contribution de cette équipe, dont les membres ont réussi dans une autre recherche à optimiser et à réduire le coût de fabrication des métalentilles. Dans cette étude titrée « Adaptive metalenses with simultaneous electrical control of focal length, astigmatism, and shift » et parue dans la revue Sciences Advances le 23 février 2018, ils ont résolu les problèmes liés à la commande de la surface.

Structure et fonctionnement de la lentille bionique

La surface de la lentille est multicouche. La première partie est fabriquée à partir d’un polymère électroactif, soit un polymère qui change de forme ou de taille lorsque stimulé par un champ électrique. Dans cette famille de matériaux, l’équipe a choisi un élastomère mince et transparent qui limite la diffusion de la lumière. À noter aussi que cet élastomère est communément utilisé dans le domaine de la robotique molle. C’est la partie qui joue le rôle d’actionneur de mouvements grâce à ses propriétés physiques, une espèce de muscle artificiel. Il s’étire ou se comprime lorsque excité par un champ électrique provenant des électrodes transparentes souples sur lesquelles une métasurface a été transférée.

La métasurface est réalisée à partir de dioxyde de silicium en utilisant une technologie photolithographique et le procédé de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma. Sa conception et sa fabrication ont été présentées dans l’article intitulé « Large area metalenses: design, characterization, and mass manufacturing », paru le 22 janvier 2018 dans la revue Optics Express.