Vilkårlig polariseringskonvertering dikroisme metasoverflader til fulde Poincaré -kuglepolarisatorer

Polariseringskontrol er afgørende for skræddersyning af lys-stof-interaktioner og er grundlaget for mange applikationer såsom polariseringsbilleddannelse, ikke -lineær optik, data opbevaring, og informationsmultipleksering. En lineær polarisator, som er et optisk polarisationselement, der filtrerer en specifik lineær polarisering fra upolariseret lys, spiller en vigtig rolle i både polarisationsgenerering og manipulation. Imidlertid, generering af andre vilkårlige polarisationstilstande end lineær polarisering kræver normalt kaskade af flere optiske polarisationselementer, herunder både lineære polarisatorer og bølgeplader baseret på anisotrope materialer eller nanostrukturer, fører til omfangsrige optiske systemer, der er langt fra den længe søgte miniaturisering og integration.

I et nyt papir i Letvidenskab og applikationer , et hold forskere, overvåget af Prof. Xiangping Li og Zi-Lan Deng fra Guangdong Provincial Key Laboratory of Optical Fiber Sensing and Communications, Institute of Photonics Technology, Jinan University, Kina og kolleger har foreslået en effektiv tilgang til at opnå fulde Poincaré-kugelpolarisatorer i ét trin ved at udvide cirkulær konverteringsdikroisme (CCD) til vilkårlig polariseringskonverteringsdichroisme (APCD) ved hjælp af en etlags metasurface.

Ved at bruge dimeriserede metamolekyler sammensat af et par dobbeltbrytende meta-atomer med korrekt tilpassede anisotropiske faseresponser og relative orienteringsvinkler, den kollektive interferens af fjernfeltstråling fra disse meta-atomer kan kontrolleres for at generere APCD. Dette system er fortrinsvis i stand til at transmittere en polarisationstilstand, der kan placeres på en vilkårlig position på en Poincaré -kugle og konvertere det til transmitteret lys med vendt håndethed, mens den ortogonale polarisationstilstand fuldstændigt blokeres. Denne APCD metasurface er i stand til at generere en vilkårligt polariseret stråle placeret på en vilkårlig position på Poincaré -kuglen, uanset inputpolarisering, og fungerer således som en polarisator, der kan dække hele Poincaré -kuglen ved design.

I praksis, vi realiserer sådan APCD i en all-dielektrisk metasurface-platform i det synlige frekvensområde, manifesterer transmissiv polarisationsdichroisme (PD) på næsten 100% i teorien og mere end 90% eksperimentelt. Vi udnytter den perfekte PD -funktion i dette system til at demonstrere vilkårlig polarisering, herunder lineær, cirkulær og elliptisk polarisering, direkte fra upolariseret lys. Denne alt-i-en metasurface polarisator fungerer som en monolitisk vilkårlig polarisationsgenerator, i sidste ende lovende miniaturiserede optiske enheder til integrerede nanofotoniske systemer med væsentligt reduceret kompleksitet. Disse forskere opsummerer det operationelle princip for deres Poincaré -kuglepolarisator:

"Vi designer vilkårlige tilstandspolarisatorer baseret på vilkårlig polariseringskonverteringsdichroisme uden hensyn til hændelige polarisationer:(1) Analyse af Jones -matricen for den plane metasurface, der realiserer den vilkårlige polariseringskonverteringsdichroisme; (2) Anvendelse af Jones -matrixen i diatomisk dielektrisk metasurface med omhyggeligt skræddersyet geometriske parametre (3) Demonstration af den genererede polarisering uden påvirkning fra inputstråler. "

"Dikroisme -parameteren er tæt på 100% i simulering og større end 90% eksperimentelt, denne perfekte ydeevne får den designede metasurface til at fungere som polarisator til vilkårlig polarisering, selv på en upolariseret stråle, "tilføjede de.