On-chip spin-Hall nanograting til samtidig detektering af fase- og polarisations-singulariteter

En plasmonisk spin-Hall-nanograterende struktur, der samtidigt detekterer både polariseringen og fasenes singulariteter af den indfaldende stråle, rapporteres. Nanograting er symmetri-brydende med forskellige perioder for de øvre og nedre dele, hvilket muliggør ensrettet excitation af SPP afhængigt af den topologiske ladning af den indfaldende stråle. Derudover spin-Hall metaslidser er integreret på gitteret, så strukturen har en chiral respons til polarisationsdetektering.

Optiske singulariteter er nøgleelementer i moderne optik og er blevet undersøgt bredt. I særdeleshed, fase og polarisering singulariteter er blevet manipuleret i forskellige applikationer, såsom billeddannelse og metrologi, ikke -lineær optik, optisk pincet, fornemmelse, kvanteinformation, og optisk kommunikation. I teorien, begge singulariteter kan detekteres samtidigt, hvis man kan detektere den topologiske ladning og foton -spin på samme tid. Flere metoder er blevet foreslået til at påvise den topologiske ladning af OAM i de seneste år, herunder holografi, metasoverflader, optisk transformation, og fotoniske kredsløb. Imidlertid, disse metoder har ulemper, herunder behovet for at justere strålen præcist med strukturen, behovet for komplekse detektionsprocesser, såsom nærfeltmikroskopi, og den lave diffraktionseffektivitet af nogle elementer. Disse ulemper begrænser deres applikationer kraftigt i nye optiske systemer med optiske fibre eller integrerede on-chip-enheder.

I et nyt papir udgivet i Letvidenskab og applikationer , et hold forskere, ledet af professor Changjun Min, Xiaocong Yuan, og Mike Somekh fra Nanophotonics Research Center, Shenzhen Key Laboratory of Micro-Scale Optical Information Technology, Shenzhen Universitet, Shenzhen, Kina og kolleger har udviklet en on-chip plasmonisk spin-Hall nanograting til samtidig at detektere fase- og polarisations-singulariteter. De har designet en symmetri-afbrydende nanogrerende struktur først til envejs at starte SPP-bølgen i henhold til tegnet på den topologiske ladning af hændelsesbølgen. Udbredelsesvinklen for den genererede SPP stiger med værdien af ​​den topologiske ladning. Den indfaldende stråles topologiske ladningsværdi kan bestemmes nøjagtigt ved at placere en udgangskoblingsgitter på begge sider af nanogratet for at koble den genererede SPP-bølge til fjernfeltet og analysere fjernfeltets optiske mikroskopibillede. Derudover en spin-Hall-struktur er integreret på nanograteret, så nanograteringen kan reagere på den indfaldende stråles spin. Denne kombinerede struktur kobler den hændende OAM -stråle retningsbestemt til forskellige positioner afhængigt af polarisering og topologisk ladning af strålen. Det er eksperimentelt bevist, at strukturen detekterer polariseringssangulariteten og fasesingulariteten af ​​den hændende CVB -stråle samtidigt. Denne enhed er meget lovende for at opnå et meget kompakt fotonisk integreret kredsløb. Disse forskere opsummerer det operationelle princip for deres struktur:

"Vi designede en SPP-baseret meta-overflade, der kan detektere fase- og polarisations singulariteter af hændelsesbølgen samtidigt til to formål i ét:(1) til hurtigt og samtidigt at opdage fase- og polarisationssangulariteterne med et enkelt skudbillede (2) til muliggøre optisk kommunikation med fotoniske singulariteter af elektromagnetiske bølger. "

"Denne enhed er meget lovende for at opnå et meget kompakt fotonisk integreret kredsløb. Det har vist stort potentiale i store fotoniske integrerede kredsløb og vil gavne forskellige applikationer såsom optisk on-chip informationsbehandling og optisk kommunikation. Vi forsøger nu at integrere en yderligere kupoundfasemoduleringsstruktur på enheden for at annullere diffraktionseffekten af ​​SPP -bølgen under generation. Dette vil yderligere forbedre systemets opløsning og detektionsgrænse, "tilføjede de.