Metalenti per Soluzioni di Ispezione Industriale e Metrologia

Negli ultimi anni, lo sviluppo di metasuperfici nanostrutturate ha portato a importanti progressi nel campo dell'ottica. Questi materiali avanzati permettono agli scienziati di controllare vari aspetti della luce, come la fase, l'ampiezza e la polarizzazione, con una precisione straordinaria a livello nanometrico, aprendo nuove possibilità per le tecnologie ottiche. In questo studio, proponiamo l'uso di metalenti basate su metasuperfici, all'interno della deflettometria a cambiamento di fase (PSD), per migliorare la precisione e l'efficienza dell'ispezione delle superfici in contesti industriali. Le metalenti possiedono caratteristiche ottiche avanzate, come un'apertura numerica (NA) più alta, una profondità di fuoco estesa (EDOF) e la capacità di focalizzare la luce fuori asse. Queste qualità le rendono ideali per affrontare compiti complessi di ispezione. Questo studio ha comportato la progettazione e la valutazione delle metalenti utilizzando due strumenti avanzati di simulazione: l'Analisi Rigorosa a Onde Accoppiate (RCWA) e il Metodo delle Differenze Finite nel Dominio del Tempo (FDTD) di Lumerical. RCWA può fornire un modello dettagliato dell'interazione della luce con strutture su scala nanometrica, mentre le simulazioni FDTD possono offrire intuizioni sui comportamenti della luce sia nel campo vicino che nel campo lontano. Uno dei principali vantaggi dell'uso di metalenti nella PSD è la loro capacità di focalizzare la luce fuori asse. Questa caratteristica è particolarmente utile per affrontare la condizione di Scheimpflug, una sfida frequente nella metrologia ottica. Le metalenti fuori asse possono focalizzare con precisione la luce proveniente da diverse angolazioni su un unico piano focale, migliorando l'adattabilità e la precisione nella rilevazione dei difetti superficiali. Secondo i nostri risultati numerici, le metalenti possono soddisfare la sensibilità alla pendenza, la profondità di fuoco (DOF) e i profili di fase necessari per la PSD, portando a un rilevamento dei difetti superficiali altamente dettagliato e accurato attraverso immagini ad alta risoluzione. Questo metodo mostra un potenziale per una sensibilità alla pendenza inferiore a 0,1 gradi, con una risoluzione ottica di un micron, migliorando così la precisione dei sistemi PSD per applicazioni che richiedono un'analisi accurata delle superfici. Abbiamo esplorato metalenti con tre diversi tipi di NA e un angolo fuori asse fino a 30 gradi per scegliere il miglior candidato per la nostra applicazione PSD.