Одномерная метаповерхность расщепляет поляризованный свет
Инженеры шанхайского университета Jiao Tong предложили уникальный метод управления фотонами с применением одномерный (1D) метаповерхности, интегрирующей в себе дифракционные, волноводные и плазмонные эффекты.
Эта структура образована бислойными решетками из металлических нанопроводов и функционирует как идеальный расщепитель поляризованных лучей (светоделитель): обеспечивает сильное анизотропное отрицательное отражение для «поперечно магнитного» (transverse-magnetic, TM) света, и эффективное отражение для «поперечно электрического» (transverse-electric, TE) света.
Как объясняет доктор Чжичэн Е (Zhicheng Ye) в статье, вышедшей в Scientific Reports, трех- и двумерные массивы наноантенн с пространственно варьирующимся фазовым откликом могут модифицировать оптический волновой фронт, но для их изготовления необходимы сложные процедуры. Упрощение метаструктуры до одного измерения было бы предпочтительным для приложений и крупномасштабного производства, однако возможности настройки параметров в этом случае ограничены.
Поэтому, главными предпосылками для обеспечения заданной функциональности бислойного металлического нанопровода были исследование и использование свойств волноводов поверхностных плазмонов, комбинирование их с дифракционными характеристиками решетки и определение нужных параметров.
«Наша методика отличается от обычно применяемой в исследованиях метаматериалов. В для реализации конкретной функции в них часто используют мельчайшие нанорезонаторы, а дифракционным эффектом — хотя бы и более эффективным и применимым и в периодических, и в апериодических структурах — как правило пренебрегают», — заявил Е.
Диэлектрическая решетка для экспериментов с новым светоделителем была изготовлена с использованием методов нано-импринтинга или лазерной интерференции на кремниевой или стеклянной подложке. Процесс нанесения 10-нанометрового металлического покрытия электронным испарением был оптимизирован так, чтобы металл осаждался на боковых стенках прорезей дифракционной решетки, уменьшая их ширину и ограничивая TE-дифракцию.
Как указывается в статье, верхний предел рабочего диапазона частот такого светоделителя определялся шагом, а нижний — шириной прорезей. Таким образом, новое устройство обеспечивает настройку для различных спектральных полос и в этом отношении превосходит расщепители лучей, использующие резонансное связывание, в которых высота, шаг, коэффициент преломления и рабочий цикл решетки должны выдерживаться в точном соответствии с расчетными значениями.
Помимо очевидных приложений 1D-метаповерхностей — для дисплеев (в сочетании с технологиями ЖК и электросмачивания), защищенных от подделки голограмм и лазерной оптики — авторы рассчитывают на их применение в качестве компактных зеркал в лазерных полостях (где на выходе нужен поляризованный свет для удовлетворения требований когерентности оптических коммуникаций), а также в качестве дифракционных решеток оптических спектрометров и плазмонных светоделителей.