مظاهرة من Spin-multiplexed والاتجاه متعدد متعدد الكل Dielectric مرئي Metaholograms
Summary
نقدم بروتوكولا لتصنيع المياكولوجرامات المرئية الدورانية والمضاعفة الاتجاهية ، ثم نجري تجربة بصرية للتحقق من وظيفتها. هذه metaholograms يمكن تصور بسهولة المعلومات المشفرة ، بحيث يمكن استخدامها للعرض الحجمي المتوقعة وتشفير المعلومات.
Abstract
وقد ظهرت تقنية التصوير الهولوغرافي البصري التي تحققت من قبل الواجهة الفوقية كمقاربة جديدة للعرض الحجمي المتوقع وعرض تشفير المعلومات في شكل أجهزة بصرية فائقة الوضوح ومسطحة تقريبا. بالمقارنة مع تقنية ثلاثية الأبعاد التقليدية مع التضمينات الضوء المكاني، وميتاهولوغرام لديها العديد من المزايا مثل تصغير الإعداد البصري، وارتفاع دقة الصورة وأكبر مجال الرؤية للصور الثلاثية الأبعاد. هنا، يتم الإبلاغ عن بروتوكول لتصنيع وتوصيف البصرية من metaholograms البصرية التي هي حساسة لتدور واتجاه ضوء الحادث. تتكون الأسطح الفوقية من السيليكون المهدرجة غير المتبلورة (a-Si:H)، الذي يحتوي على مؤشر انكسار كبير ومعامل انقراض صغير في النطاق المرئي بأكمله مما يؤدي إلى ارتفاع معدل الواصلة وكفاءة الحيود. ينتج الجهاز صورًا ثلاثية الأبعاد مختلفة عند تبديل دوران أو اتجاه ضوء الحادث. لذلك، يمكن ترميز أنواع متعددة من المعلومات المرئية في وقت واحد. بروتوكول تلفيق يتكون من ترسب الفيلم، الكتابة شعاع الإلكترون والنقش اللاحقة. يمكن أن يتميز الجهاز المفبرك باستخدام إعداد بصري مخصص يتكون من ليزر ومستقطب خطي وصفح موجة ربعي وعدسة وجهاز مرتبط بالتهم (CCD).
Introduction
وقد مكنت metasurfaces البصرية تتألف من الهياكل النانوية طول الموجة العديد من الظواهر البصرية مثيرة للاهتمام، بما في ذلك الحجب البصري1،والانكسار السلبي2، الكمال امتصاص الضوء3، تصفية اللون4، إسقاط صورة ثلاثية الأبعاد5، وشعاع التلاعب6،7،8. يمكن أن تعدل الأسطح الفوقية البصرية التي تحتوي على تشتتات مصممة بشكل مناسب الطيف والواجهة الموجية والاستقطاب للضوء. كانت متشعبات البصرية في وقت مبكر ملفقة أساسا باستخدام المعادن النبيلة (مثل، أو، Ag) نظرا لتعكسها العالية وسهولة nanofabrication، ولكن لديهم خسائر عالية أومويك، وبالتالي فإن الأسطح تكون ذات كفاءة منخفضة في موجات مرئية قصيرة.
تطوير تقنيات nanofabrication للمواد العازلة التي لها خسائر منخفضة في الضوء المرئي (على سبيل المثال، TiO29،10، وA-Si:H11) قد مكنت تحقيق أجهزة بصرية مسطحة عالية الكفاءة مع metasurfaces البصرية. هذه الأجهزة لديها تطبيقات في مجال البصريات والهندسة. أحد التطبيقات المثيرة للاهتمام هو التصوير الهلوغرافي البصري للعرض الحجمي الضوئي وتشفير المعلومات. بالمقارنة مع الصور الثلاثية الأبعاد التقليدية التي تستخدم التضمينات الضوء المكاني، وميتاهولوغرام لديها العديد من المزايا مثل تصغير الإعداد البصري، وارتفاع دقة الصور الثلاثية الأبعاد وأكبر مجال الرؤية.
وقد تم مؤخرا ترميز معلومات متعددة ثلاثية الأبعاد في جهاز metahologram واحد الطبقات. وتشمل الأمثلة على metaholograms التي هي متعددة في تدور12،13، الزخم الزاوي المداري14، زاوية ضوء الحادث15، واتجاه16. وقد تغلبت هذه الجهود على القصور الحرج في metaholograms، وهو عدم وجود حرية التصميم في جهاز واحد. معظم metaholograms التقليدية يمكن أن تنتج فقط الصور ثلاثية الأبعاد المشفرة واحد، ولكن يمكن للجهاز متعددة ترميز الصور ثلاثية الأبعاد متعددة في الوقت الحقيقي. وبالتالي ، فإن metahologram متعددة هي منصة حل حاسم نحو عرض الفيديو ثلاثي الأبعاد الحقيقي أو الصور ثلاثية الأبعاد المضادة للعد متعددة الوظائف.
ذكرت هنا هي بروتوكولات لاختلاق تدور – واتجاه متعدد – جميع عازلة مرئية metaholograms ، ثم إلى وصف بصريالهم 13،16. لترميز معلومات مرئية متعددة في جهاز واحد مُعدي، تم تصميم الميكاولوجرامات التي تُظهر صورتين ثلاثية الأبعاد مختلفتين عند تغيير دوران أو اتجاه ضوء الحادث. لتصنيع الصور الثلاثية الأبعاد عالية الكفاءة بطريقة مماثلة مع تكنولوجيا CMOS، يتم استغلالها A-Si: H لـ الذبذبات والرنين المغناطيسي المزدوج والرنينات الدوسيمية الناجمة داخلها. بروتوكول تلفيق يتكون من ترسب الفيلم، الكتابة شعاع الإلكترون، والنقش. يتميز الجهاز المفبرك باستخدام إعداد بصري مخصص يتكون من ليزر ومستقطب خطي وصفح موجة ربعي وعدسة وجهاز مرتبط بالتهم (CCD).
Protocol
Representative Results
Discussion
A-Si: تم تلفيق ه metasurfaces في ثلاث خطوات رئيسية: A-Si: H رقيقة طبقة ترسيب باستخدام PECVD، EBL دقيقة، والنقش الجاف. من بين هذه الخطوات ، عملية الكتابة EBL هو الأكثر أهمية. أولاً، كثافة النمط على الأسطح الفوقية عالية جداً، وبالتالي فإن العملية تتطلب تحكماً دقيقاً في جرعة الإلكترون (الطاقة) ومعلمات المسح ال…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقد تم دعم هذا العمل ماليًا من خلال منح المؤسسة الوطنية للبحوث (NRF-2019R1A2C3003129، CAMM-2019M3A6B3030637، NRF-2019R1A5A8080290) بتمويل من وزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات في الحكومة الكورية. I.K. يعترف زمالة دكتوراه NRF العالمية (NRF-2016H1A2A2A1906519) بتمويل من وزارة التربية والتعليم في الحكومة الكورية.
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
- Ni, X., Wong, Z. J., Mrejen, M., Wang, Y., Zhang, X. An ultrathin invisibility skin cloak for visible light. Science. 349 (6254), 1310-1314 (2015).
- Valentine, J., et al. Three-dimensional optical metamaterials with a negative refractive index. Nature. 455 (7211), 376-379 (2008).
- Kim, I., So, S., Rana, A. S., Mehmood, M. Q., Rho, J. Thermally robust ring-shaped chromium perfect absorber of visible light. Nanophotonics. 7 (11), 1827-1833 (2018).
- Jang, J., et al. Kerker-conditioned dynamic cryptographic nanoprints. Advanced Optical Materials. 7 (4), 1801070 (2019).
- Zheng, G., et al. Metasurface holograms reaching 80% efficiency. Nature Nanotechnology. 10 (4), 308-312 (2015).
- Khorasaninejad, M., et al. Metalenses at visible wavelengths: Diffraction-limited focusing and subwavelength resolution imaging. Science. 352 (6290), 1190-1194 (2016).
- Li, Z., et al. Full-space cloud of random points with a scrambling metasurface. Light: Science and Applications. 7 (1), 63 (2018).
- Mahmood, N., et al. Polarization insensitive multifunctional metasurfaces based on all-dielectric nanowaveguides. Nanoscale. 10 (38), 18323-18330 (2018).
- Devlin, R. C., Khorasaninejad, M., Chen, W. T., Oh, J., Capasso, F. Broadband high-efficiency dielectric metasurfaces for the visible spectrum. Proceedings of the National Academy of Sciences. 113 (38), 10473-10478 (2016).
- Chen, B. H., et al. GaN metalens for pixel-level full-color routing at visible light. Nano Lett. 17 (10), 6345-6352 (2017).
- Li, Z., et al. Dielectric meta-hologram enabled with dual magnetic resonances in visible light. ACS Nano. 11 (9), 9382-9389 (2017).
- Mueller, J. P. B., Rubin, N. A., Devlin, R. C., Groever, B., Capasso, F. Metasurface polarization optics: Independent phase control of arbitrary orthogonal states of polarization. Physical Review Letters. 118 (11), 113901 (2017).
- Ansari, M. A., et al. A spin-encoded all-dielectric metahologram for visible light. Laser & Photonics Reviews. 13 (5), 1900065 (2019).
- Ren, H., et al. Metasurface orbital angular momentum holography. Nature Communications. 10 (1), 1-8 (2019).
- Kamali, S. M., et al. Angle-multiplexed metasurfaces: Encoding independent wavefronts in a single metasurface under different illumination angles. Physical Review X. 7 (4), 041056 (2017).
- Ansari, M. A., et al. Engineering spin and antiferromagnetic resonances to realize efficient direction-multiplexed visible meta-hologram. Nanoscale Horizons. 5 (1), 57-64 (2020).
- Yoon, G., Lee, D., Rho, J. Demonstration of equal-intensity beam generation by dielectric metasurfaces. Journal of Visualized Experiments. (148), e59066 (2019).
- Kim, I., et al. Outfitting next generation displays with optical metasurfaces. ACS Photonics. 5 (10), 3876 (2018).
- Kim, K., et al. Facile nanocasting of dielectric metasurfaces with sub-100nm resolution. ACS Applied Materials and Interfaces. 11 (29), 26109-26115 (2019).
- Yoon, G., et al. Wavelength-decoupled geometric metasurfaces by arbitrary dispersion control. Communications Physics. 2, 129 (2019).
