Platte lens overwint schaalbaarheidsprobleem voor ver-infrarood ruimtecamera’s

Onderzoekers van SRON en TU Delft hebben bolometerdetectoren gemaakt met platte lenzen op een siliciumwafer. Daarmee lossen ze een 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 als je astrofysische processen wilt observeren, zoals het ontstaan van sterren en sterrenstelsels uit gas- en stofwolken.

Huidige bolometerdetectoren, de 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.

De onderzoekers hebben de traditionele elliptische lenzen nu 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 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”, 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.”