Forplantningsdimensioner af lys:Deformerer alsidige ikke-diffraktive stråler langs den optiske bane

Diffraktionen af ​​lys er et allestedsnærværende fænomen i naturen, hvor bølger spredes ud, mens de udbreder sig. Denne spredning af lysstråler under udbredelsen begrænser den effektive transmission af energi og information. Derfor har forskere bestræbt sig på at undertrykke diffraktionseffekter for bedre at bevare formen og retningen af ​​lysstråler.

I løbet af de sidste par årtier har der været betydelige gennembrud i styringen af ​​lysets struktur. For eksempel forudsagde Berry og kolleger i 1979 en type speciel stråle kaldet Airy beams (AB'er), som udviser selvacceleration og selvbøjning uden diffraktion. Og i 1987 realiserede J. Durnin Bessel-stråler (BB'er), en speciel løsning på bølgeligningen, der kan undertrykke diffraktion. Disse opdagelser har i høj grad fremmet både grundlæggende optik og applikationer.

Imidlertid har indretninger til modulering af ikke-diffraktionslysfelter typisk været omfangsrige og har begrænsninger såsom lav opløsning og vanskeligheder med at kode faseprofilen. Udviklingen af ​​metasurfaces har medført nye ændringer ved at bruge det præcise arrangement af nanoskala-antennearrays til at miniaturisere optiske enheder og opnå multidimensionel kontrol af lysfelter gennem deres dobbeltbrydning. Denne teknologi anses for at være en nøglemulighed for udviklingen af ​​næste generation af fotoniske integrerede platforme.

For nylig har vores team gjort fremskridt på dette område. Vi rekonstruerede med succes ikke-diffraktionslysfelt langs udbredelsesvejen, idet vi observerede den naturlige transformation af cirkulært luftige stråler (CAB'er) til BB'er efter udbredelse en afstand.

Denne forskning blev muliggjort af vores foreslåede mekanisme til fælles lokal-global fasekontrol, hvilket giver os mulighed for ikke kun at modulere den radiale fasegradient, men også at lette kodningen af ​​mere komplekse, ikke-diffraktionerende optiske felter. Værket er publiceret i tidsskriftet Laser &Photonics Reviews .

Vi dekomponerede 2D-problemet i integrationen af ​​1D-fasefunktioner og superpositionen af ​​2D-fasefunktioner, som afbildet i figur 1b. Vi illustrerede denne proces levende ved hjælp af teoretisk analyse og strålesporingsteknikker og refererede til den som "transformatorerne" af det optiske domæne, som vist i figur 2.

Efter modulering af metasoverfladen konvergerer spredt lys til klare AB'er, som overlapper hinanden for at danne ikke-diffraktionerende BB'er. Ved at udnytte potentialet ved tredobbelte dobbeltbrydende nanoantenner introducerede vi desuden nye teknikker til strukturering af lysfelter, hvilket fordoblede antallet af lysfelttyper til seks (figur 3). Endelig demonstrerede vi vores enheds høje tolerance over for fabrikationsfejl (figur 4).

• 

• 

Sammenfattende repræsenterer denne forskning ikke kun et centralt skridt i brugen af ​​ikke-diffraktionslys og forbedring af multifunktionaliteten af ​​metasurfaces, men lægger også et solidt grundlag for fremme af avancerede on-chip, nano-optiske platforme og innovative produktionsteknologier. Dette har betydelige implikationer for udviklingen af ​​det optiske felt, hvilket bringer den optiske enheds ydeevne og funktionalitet til nye højder.

Denne historie er en del af Science X Dialog, hvor forskere kan rapportere resultater fra deres publicerede forskningsartikler. Besøg denne side for at få oplysninger om Science X Dialog og hvordan du deltager.

Flere oplysninger: Tianyue Li et al., Spin-Selective Trifunctional Metasurfaces til deformering af alsidige ikke-diffraktive stråler langs den optiske bane, Laser &Photonics Reviews (2024). DOI:10.1002/lpor.202301372

(c) 2024 ScienceX