Metasurface открывает мир поляризации

Поляризация, направление, в котором свет вибрирует, невидим для человеческого глаза. Однако, так много нашей оптической мира опирается на контроль и манипуляция это скрытое качество света.

Материалы, которые могут манипулировать поляризацией света называется двоякопреломляющие материалы-используются в цифровых будильников для медицинской диагностики, коммуникации и астрономии.

Просто как поляризация света может вибрировать вдоль прямой линии или эллипса, материалы также могут быть линейно или эллиптически двулучепреломляющим. Сегодня большинство двулучепреломляющих материалов, по сути, являются линейными, то есть они могут только манипулировать поляризацией света в ограниченном виде. Если вы хотите добиться широкой манипуляции поляризации, необходимо укладывать многочисленные двоякопреломляющие материалы один на другой, что делает эти устройства громоздки и неэффективны.

Теперь, исследователя от школы Гарварда Джон А. Полсон инженерных и прикладных наук разработали metasurface, которые могут быть постоянно настроена от линейной до эллиптической двулучепреломление, открывая все пространство управление поляризацией с помощью только одного устройства. Это один metasurface может работать столько двулучепреломляющих материалов параллельно, что позволяет более компактный манипуляции поляризации, которая может иметь далеко идущие приложения в поляризационных изображений, квантовой оптике и других областях.

Результаты исследования были опубликованы в научных достижениях.

«Это новый тип двулучепреломляющим материалом», — сказал Zhujun Ши, бывший аспирант в морях и первый автор бумаги. «Мы могл портняжничать широкой поведение поляризации материала сверх того, что естественно существует, который имеет много практических преимуществ. Что обычно требует трех отдельных обычных двулучепреломляющем компоненты сейчас принимает только один».

«Способность манипулировать фундаментальное свойство света, как поляризация в совершенно новый способ с устройство, которое является компактным и многофункциональным будет иметь важные приложения в квантовой оптике и оптической связи,» сказал Федерико Капассо, профессор прикладной физики Роберт Л. Уоллес и Винтон Хейз, старший научный сотрудник в области электротехники в морях и старший автор бумаги.

Метаповерхности являются массивами nanopillars расстоянии меньше длины волны друг от друга, что может выполнять целый ряд задач, в том числе манипуляции фазы, амплитуды и поляризации света. В прошлом, Капассо и его команда разработали эти высокой заказал поверхностей с нуля, используя простые геометрические фигуры с помощью всего нескольких параметров конструкции.

В этом исследовании, однако, команда обратилась к новому типу техники конструкции, называемой топологической оптимизации.

«Топологической оптимизации является обратный подход», — сказал Ши. «Вы начните с того, что вы хотите, чтобы metasurface делать и тогда вы привести алгоритм, чтобы исследовать огромные пространства параметров разработать модель, которая может наилучшим образом обеспечить эту функцию».

Результат был удивительным. Вместо того чтобы аккуратно упорядоченных прямоугольных столбов стоят, как солдатики, это metasurface состоит из вложенных полукруги, напоминающие кривые смайлики — еще как-то малыш будет рисовать, чем компьютер.

Но эти странные формы открыли целый новый мир двулучепреломления. Они могут не только добиться широкой манипуляции поляризации как преобразование линейной поляризации в любой желаемой эллиптической поляризации, а поляризация также может быть настроен путем изменения угла падающего света.

«Наш подход имеет широкий спектр потенциальных применений в различных отраслях промышленности и научных исследований, включая поляризации коррекции аберраций в современных оптических систем», — говорит Капассо.

Данное исследование в соавторстве с А. Я. Чжу, Zhaoyi ли, Яо Вэй Хуанг, Вэй Тинг Чэн и Чэн-Вэй Цю Национального университета Сингапура. Она была частично поддержана управлением Воздушных Сил научного исследования под номером награду FA9550-19-1-0135.

сделать разницу: спонсорские возможности