Demonstração de Metahologramas visíveis all-dielectric all-dielectric de spin-multiplexed e de direção
Summary
Apresentamos um protocolo para fabricação de metahologramas visíveis de spin e direção multiplexada e, em seguida, realizamos um experimento óptico para verificar sua função. Esses metahologramas podem visualizar facilmente informações codificadas, para que possam ser usadas para exibição volutiva projetiva e criptografia de informações.
Abstract
A técnica óptica de holografia realizada por metasuperfícies surgiu como uma nova abordagem para exibição volutiva projetiva e exibição de criptografia de informações na forma de dispositivos ópticos ultrathin e quase planos. Comparado à técnica holográfica convencional com moduladores de luz espacial, o metaholograma tem inúmeras vantagens como miniaturização da configuração óptica, maior resolução de imagem e maior campo de visibilidade para imagens holográficas. Aqui, é relatado um protocolo para a fabricação e caracterização óptica de metahologramas ópticos sensíveis ao giro e à direção da luz incidente. As metasuperfícies são compostas de silício amorfo hidrogenado (a-Si:H), que possui grande índice de refração e pequeno coeficiente de extinção em toda a faixa visível, resultando em alta transmissão e eficiência de difração. O dispositivo produz diferentes imagens holográficas quando o giro ou direção da luz incidente são comutadas. Portanto, eles podem codificar vários tipos de informações visuais simultaneamente. O protocolo de fabricação consiste em deposição de filme, escrita de feixe de elétrons e gravação subsequente. O dispositivo fabricado pode ser caracterizado usando uma configuração óptica personalizada que consiste em um laser, um polarizador linear, uma placa de onda de quarto, uma lente e um dispositivo acoplado por carga (CCD).
Introduction
Metasuperfícies ópticas compostas por nanoestruturas de comprimento de onda sub-ondas permitiram muitos fenômenos ópticos interessantes, incluindo camuflagem óptica1,refração negativa2,absorção perfeita de luz3,filtragem de cores4,projeção de imagem holográfica5e manipulação de feixe6,,7,,8. Metasuperfícies ópticas que tenham dispersores apropriadamente projetados podem modular o espectro, a frente de onda e a polarização da luz. As metásperas ópticas primitivas foram fabricadas principalmente usando metais nobres (por exemplo, Au, Ag) devido à sua alta reflexividade e facilidade de nanofabaça, mas eles têm altas perdas ohmic, de modo que as metasuperfísulas têm baixa eficiência em comprimentos de onda visíveis curtos.
O desenvolvimento de técnicas de nanofabricação para materiais dielétricos que têm baixas perdas em luz visível (por exemplo, TiO29, GaN10e a-Si:H11) possibilitou a realização de dispositivos ópticos planos altamente eficientes com metasuperfícies ópticas. Esses dispositivos possuem aplicações em óptica e engenharia. Uma aplicação intrigante é a holografia óptica para exibição volutiva projetiva e criptografia de informações. Comparado aos hologramas convencionais que usam moduladores de luz espacial, o metaholograma tem inúmeras vantagens, como miniaturização da configuração óptica, maior resolução de imagens holográficas e maior campo de visibilidade.
Recentemente, a codificação de múltiplas informações holográficas em um dispositivo metaholograma de camada única foi alcançada. Exemplos incluem metahologramas que são multiplexados no giro12,,13, momento angular orbital14,ângulo de luz incidente15e direção16. Esses esforços superaram a deficiência crítica dos metahologramas, que é a falta de liberdade de design em um único dispositivo. A maioria dos metahologramas convencionais só poderia produzir imagens holográficas codificadas únicas, mas o dispositivo multiplexado pode codificar várias imagens holográficas em tempo real. Assim, o metaholograma multiplexado é uma plataforma de solução crucial para a exibição de vídeo holográfica real ou hologramas anti-contagem multifuncionais.
Relatados aqui estão protocolos para fabricar metahologramas visíveis totalmente dielétricos de spin e direção multiplexados, em seguida, para caracterizá-los opticamente13,16. Para codificar múltiplas informações visuais em um único dispositivo metasurface, são projetados metahologramas que mostram duas imagens holográficas diferentes quando o giro ou direção da luz incidente são alteradas. Para fabricar imagens holográficas altamente eficientes de uma maneira comparável com a tecnologia CMOS, a-Si:H é usado para as metásperas e ressonâncias magnéticas duplas e ressonâncias antiferrommagnéticas induzidas dentro delas são exploradas. O protocolo de fabricação consiste em deposição de filme, escrita de feixe de elétrons e gravura. O dispositivo fabricado é caracterizado por uma configuração óptica personalizada composta por um laser, um polarizador linear, uma placa de onda de quarto, uma lente e um dispositivo acoplado por carga (CCD).
Protocol
Representative Results
Discussion
As metasuperfícies a-Si:H foram fabricadas em três passos principais: deposição de filme fino a-Si:H usando PECVD, EBL preciso e gravura seca. Entre essas etapas, o processo de escrita da EBL é o mais importante. Primeiro, a densidade padrão em metasuperfícies é bastante alta, de modo que o processo requer controle preciso sobre a dose de elétrons (energia) e parâmetros de varredura, como número de pontos por unidade área. A condição de desenvolvimento também deve ser escolhida cuidadosamente. A densidade …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado financeiramente pelas bolsas da Fundação Nacional de Pesquisa (NRF-2019R1A2C3003129, CAMM-2019M3A6B3030637, NRF-2019R1A5A8080290) financiadas pelo Ministério da Ciência e ICT do governo coreano. I.K. reconhece a bolsa de doutorado global da NRF (NRF-2016H1A2A1906519) financiada pelo Ministério da Educação do governo coreano.
Materials
| Aceton | J.T. Baker | 925402 | |
| Beam splitter | Thorlabs | CCM1-BS013/M | |
| Chromium etchant | KMG | Cr-7 | |
| Chromium evaporation source | Kurt J. Lesker | EVMCR35D | |
| Clamp | Thorlabs | CP175 | |
| Conducting polymer | Showa denko | E-spacer | |
| Diode laser | Thorlabs | CPS635 | |
| E-beam evaporation system | Korea Vacuum Tech | KVE-E4000 | |
| E-beam resist | Microchem | 495 PMMA A2 | |
| Electron beam lithography | Elionix | ELS-7800 | |
| Half-wave plate | Thorlabs | AHWP05M-600 | |
| Inductively-coupled plasma reactive ion etching | DMS | – | |
| Iris | Thorlabs | SM1D12 | |
| Isopropyl alcohol | J.T. Baker | 909502 | |
| Kinematic mirror mount | Thorlabs | KM100/M | |
| Lens | Thorlabs | LB1630 | |
| Lens Mount | Thorlabs | LMR2/M | |
| Linear polarizer | Thorlabs | GTH5-A | |
| Mirror | Thorlabs | PF10-03-G01 | |
| Neutral density filter | Thorlabs | NDC-50C-4 | |
| Plasma enhanced chemical vapor deposition | BMR Technology | HiDep-SC | |
| Post | Thorlabs | TR75/M | |
| Post holder | Thorlabs | PH75E/M | |
| Quarter-wave plate | Thorlabs | AQWP10M-580 | |
| Resist developer | Microchem | MIBK:IPA=1:3 | |
| Rotational mount | Thorlabs | RSP1/M | |
| Scanning electron microscopy | Hitachi | Regulus8100 | |
| XY translation mount | Thorlabs | XYF1/M | |
| 1-inch adapter | Thorlabs | AD11F | |
| 1-inch lens mount | Thorlabs | CP02/M |
References
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