Микрозеркало на основе микроэлектромеханической системы (МЭМС), разработанное исследователями из Университета штата Пенсильвания, способно делать то, для чего традиционно требуется несколько оптических компонентов: направлять лазерный луч в двух направлениях, одновременно изменяя его фокус на разной глубине.
Управлять лазерным лучом в трех измерениях сложнее, чем просто перемещать его из стороны в сторону. В обычных оптических системах для направления луча и регулировки его фокуса часто требуются отдельные компоненты.
Устройство из Пенсильванского университета объединяет эти функции в одном крошечном зеркале. Микрозеркало может наклоняться в двух направлениях, что позволяет перемещать лазерный луч по площади. В то же время зеркало может менять форму своей отражающей поверхности. Если сделать зеркало более плоским или изогнутым, изменится точка, в которой сходится отраженный свет. Это означает, что одно и то же устройство может контролировать как положение, так и глубину лазерного луча.
Чтобы обеспечить возможность таких движений, исследователи использовали нитрид алюминия — пьезоэлектрический материал. При подаче напряжения на тонкие слои нитрида алюминия они изгибаются, что приводит к наклону или изменению формы зеркала. Крошечные структуры вокруг зеркала управляют его наклоном, а другой пьезоэлектрический слой изменяет форму самого зеркала. Поскольку размер зеркала составляет около миллиметра, оно быстро реагирует на изменения. Исследователи измерили, что зеркало меняет фокус за миллионные доли секунды. Такая скорость может быть полезна для технологий, требующих быстрого сканирования трехмерного пространства, таких как квантовый контроль, микроскопия со структурированным освещением и оптогенетика.