Двумерная поверхность метаматериала манипулирует светом

Однослойные металлические наноструктуры были разработаны, изготовлены и протестированы командой инженеров-электриков из Пенсильванского университета. Они могут предоставить исключительные возможности для манипулирования светом. Эта сконструированная поверхность, состоящая из периодического массива сильно связанных наностержневых резонаторов, может улучшить системы, которые выполняют определение оптических параметров научных приборов, таких как эллипсометры, датчики или устройств для спутниковой связи.

«Мы разработали и изготовили волновую пластину, которая может изменять состояние поляризации света, - сказал Чжи Хао Цзян (Zhi Hao Jiang), постдокторант по электротехнике и ведущий автор недавней статьи в Scientific Reports, объясняя изобретение. - Поляризация является одним из наиболее фундаментальных свойств света. Например, если мы преобразуем линейно поляризованный свет в циркулярно поляризованный свет, это может быть полезно для оптической связи и биодатчиков».

Оптические волновые пластинки с широкополосным преобразованием поляризации в широком поле зрения высоко ценятся. В случае обычных волновых пластин, изготовленных из многослойных стеков материалов, таких как кварц, возникают трудности в достижении одновременно как широкополосного, так и широкоугольного преобразования. Были продемонстрированы тонкие волновые пластинки, но их эффективность была низкой, со средним энергетическим выходом менее чем 50%. Созданная командой с применением нанотехнологий волновая пластинка достигает эффективности преобразования поляризации выше 92% и обладает более чем восьмикратной полосой пропускания с углом обзора около 40 градусов.

«В этой работе мы показали и в имитации, и в эксперименте как четвертьфазовые и полуфазовые пластинки, которые представляют собой тонкие искусственные поверхности, работающие как в видимом спектре, так и в ближней инфракрасной области, - сказал Джереми Боссард (Jeremy Bossard), постдокторант, член команды. - Они также имеют широкий угол обзора, что означает, что если вы освещаете поверхность под широким диапазоном углов, она все равно дает такой же отражающий эффект».

Как компонент в оптической установке, наноструктурные волновые пластинки предлагают более тонкий форм-фактор и уменьшенный вес для применения в космической технике, более широкое поле зрения, что может уменьшить число оптических компонентов в системе и предоставить очень широкую функциональность от видимого до ближнего инфракрасного диапазона длин волн. Это является новым устройством, изготовленным с применением передовых технологий, для оптических приборов на базе метаповерхности, которое позволит создавать другие виды сверхтонких высокоэффективных оптических компонентов, говорят авторы.

Волновая пластинка была разработана Цзяном с использованием глобальных методов оптимизации. Она была изготовлена в лаборатории нанотехнологий Пенсильванского университета докторантом Лань Линь (Lan Lin) с сотрудниками.

Слева – циркулярно поляризованный свет преобразуется в линейно поляризованный при отражении от метаповерхности четвертьволновой пластинки. Справа – вид сверху изображения изготовленной наноструктуры, показывающий массив наностержней, полученный с помощью Field Emission Scanning Electron Microscope (автоэлектронный растровый электронный микроскоп). (Нижняя линейка – 400 нм, верхняя линейка – 100 нм)

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365