Summary

स्पिन-मल्टीप्लेक्स और दिशा-मल्टीप्लेक्स ऑल-डाइइलेक्ट्रिक दृश्य मेटाहोलग्राम का प्रदर्शन

Published: September 25, 2020
doi:

Summary

हम स्पिन और दिशा-मल्टीप्लेक्स वाले दृश्य मेटाहोलोग्राम के निर्माण के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं, फिर उनके कार्य को सत्यापित करने के लिए एक ऑप्टिकल प्रयोग का संचालन करते हैं। ये मेटाहोलोग्राम आसानी से एन्कोडेड जानकारी की कल्पना कर सकते हैं, इसलिए उनका उपयोग प्रोजेक्टिव वॉल्यूमेट्रिक डिस्प्ले और जानकारी एन्क्रिप्शन के लिए किया जा सकता है।

Abstract

मेटासरफेस द्वारा महसूस की गई ऑप्टिकल होलोग्राफी तकनीक अल्ट्राथिन और लगभग फ्लैट ऑप्टिकल उपकरणों के रूप में प्रोजेक्टिव वॉल्यूमेट्रिक डिस्प्ले और सूचना एन्क्रिप्शन डिस्प्ले के लिए एक उपन्यास दृष्टिकोण के रूप में उभरी है। स्थानिक प्रकाश मॉड्यूलर के साथ पारंपरिक होलोग्राफिक तकनीक की तुलना में, मेटाहोलोग्राम में ऑप्टिकल सेटअप का लघुकरण, उच्च छवि संकल्प और होलोग्राफिक छवियों के लिए दृश्यता के बड़े क्षेत्र जैसे कई फायदे हैं। यहां, ऑप्टिकल मेटाहोलोग्राम के निर्माण और ऑप्टिकल लक्षण वर्णन के लिए एक प्रोटोकॉल की सूचना दी जाती है जो घटना प्रकाश की स्पिन और दिशा के प्रति संवेदनशील हैं। मेटासरफेस हाइड्रोजनीकृत असंगत सिलिकॉन (ए-सी: एच) से बना होता है, जिसमें बड़े अपवर्तक सूचकांक और पूरी दृश्यमान सीमा में छोटे विलुप्त होने के गुणांक होते हैं जिसके परिणामस्वरूप उच्च संचारण और विवर्तन दक्षता होती है। डिवाइस अलग होलोग्राफिक छवियों का उत्पादन जब स्पिन या घटना प्रकाश की दिशा बंद कर रहे हैं । इसलिए, वे एक साथ कई प्रकार की दृश्य जानकारी को एन्कोड कर सकते हैं। निर्माण प्रोटोकॉल में फिल्म जमाव, इलेक्ट्रॉन बीम लेखन और बाद में नक़्क़ाशी शामिल हैं। गढ़े डिवाइस को एक अनुकूलित ऑप्टिकल सेटअप का उपयोग करके चित्रित किया जा सकता है जिसमें एक लेजर, एक रैखिक ध्रुवीकरण, एक चौथाई वेवप्लेट, एक लेंस और एक चार्ज-युग्मित डिवाइस (सीसीडी) शामिल है।

Introduction

उप-तरंगदैर्ध्य नैनोस्ट्रक्चर से बने ऑप्टिकल मेटासरफेस ने ऑप्टिकल क्लोकिंग1,नकारात्मक अपवर्तन2,सही प्रकाश अवशोषण3,रंग फ़िल्टरिंग4,होलोग्राफिक इमेज प्रोजेक्शन5,और बीम हेरफेर6,,7,,8सहित कई दिलचस्प ऑप्टिकल घटनाओं को सक्षम बनाया है। ऑप्टिकल मेटासरफेस जिनमें उचित रूप से डिजाइन किए गए स्कैटर हैं, स्पेक्ट्रम, तरंग और प्रकाश के ध्रुवीकरण को संशोधित कर सकते हैं। शुरुआती ऑप्टिकल मेटासरफेस मुख्य रूप से महान धातुओं (जैसे, एयू, एजी) का उपयोग करके उनकी उच्च परावर्तन और नैनोफैब्रिकेशन में आसानी के कारण गढ़े गए थे, लेकिन उन्हें उच्च ओमिक नुकसान होता है, इसलिए मेटासरफेस में कम दृश्य तरंगदैर्ध्य में कम दक्षता होती है।

दृश्य प्रकाश (जैसे, टीओ29,जीएएन 10, और ए-सी:एच11)में कम नुकसान वाले डाइइलेक्ट्रिक सामग्रियों के लिए नैनोफैब्रिकेशन तकनीकों के विकास ने ऑप्टिकल मेटासार्फेस के साथ अत्यधिक कुशल फ्लैट ऑप्टिकल उपकरणों की प्राप्ति को सक्षम किया है। इन उपकरणों में ऑप्टिक्स और इंजीनियरिंग में आवेदन होते हैं। एक पेचीदा आवेदन प्रोजेक्टिव वॉल्यूमेट्रिक डिस्प्ले और इन्फॉर्मेशन एन्क्रिप्शन के लिए ऑप्टिकल होलोग्राफी है। स्थानिक प्रकाश मॉड्यूलर का उपयोग करने वाले पारंपरिक होलोग्राम की तुलना में, मेटाहोलोग्राम में ऑप्टिकल सेटअप का लघुकरण, होलोग्राफिक छवियों का उच्च संकल्प और दृश्यता का बड़ा क्षेत्र जैसे कई फायदे हैं।

हाल ही में, एक एकल स्तरित मेटाहोलोग्राम डिवाइस में कई होलोग्राफिक जानकारी की एन्कोडिंग हासिल की गई है। उदाहरणों में मेटाहोलोग्राम शामिल हैं जो स्पिन12,13,कक्षीय कोणीय गति14, घटना प्रकाश कोण15और दिशा16में मल्टीप्लेक्स हैं । इन प्रयासों ने मेटाहोलोग्राम की महत्वपूर्ण कमी को दूर किया है, जो एक ही डिवाइस में डिजाइन स्वतंत्रता की कमी है । अधिकांश पारंपरिक मेटाहोलोग्राम केवल एकल एन्कोडेड होलोग्राफिक छवियों का उत्पादन कर सकते हैं, लेकिन मल्टीप्लेक्स डिवाइस वास्तविक समय में कई होलोग्राफिक छवियों को एन्कोड कर सकता है। इसलिए, मल्टीप्लेक्स मेटाहोलोग्राम वास्तविक होलोग्राफिक वीडियो डिस्प्ले या मल्टीफंक्शनल एंटीकाउंटेरफीटिंग होलोग्राम की दिशा में एक महत्वपूर्ण समाधान मंच है।

यहां रिपोर्ट स्पिन और दिशा-मल्टीप्लेक्स ऑल-डाइइलेक्ट्रिक दृश्य मेटाहोलोग्राम बनाने के लिए प्रोटोकॉल हैं, फिर ऑप्टिकल रूप से उन्हें13, 16,16की विशेषता है। एक ही मेटासरफेस डिवाइस में कई दृश्य जानकारी को एन्कोड करने के लिए, मेटाहोलोग्राम डिजाइन किए गए हैं जो घटना प्रकाश की स्पिन या दिशा बदलने पर दो अलग-अलग होलोग्राफिक छवियों को दिखाते हैं। सीएमओएस प्रौद्योगिकी के साथ तुलनीय तरीके से अत्यधिक कुशल होलोग्राफिक छवियों को गढ़ने के लिए, ए-सी:एच का उपयोग मेटासरफेस और दोहरी चुंबकीय अनुनाद के लिए किया जाता है और उनके अंदर प्रेरित एंटीफेरोमैग्नेटिक अनुनाद का शोषण किया जाता है। निर्माण प्रोटोकॉल में फिल्म जमाव, इलेक्ट्रॉन बीम लेखन और नक़्क़ाशी शामिल हैं। गढ़े डिवाइस एक लेजर, एक रैखिक ध्रुवीकरण, एक चौथाई वेवप्लेट, एक लेंस और एक चार्ज युग्मित डिवाइस (सीसीडी) से बना एक अनुकूलित ऑप्टिकल सेटअप का उपयोग कर विशेषता है ।

Protocol

1. डिवाइस निर्माण नोट: चित्रा 1 ए-सी की निर्माण प्रक्रिया से पता चलता है: एच मेटासरफेस17। एक सब्सट्रेट के रूप में एक फ्यूज्ड सिलिका वेफर टुकड़ा (आकार = 2 सेमी x 2 सेमी, मोटाई = 500…

Representative Results

ए-एसआई: एच मेटासरफेस उच्च क्रॉस-ध्रुवीकरण दक्षता को सक्षम करते हैं और एक विधि(चित्रा 1)का उपयोग करके गढ़े जा सकते हैं जो सीएमओ के साथ संगत है; यह विशेषता स्केलेबल निर्माण और निकट भविष्य के व्य?…

Discussion

ए-सी: एच मेटासरफेस तीन प्रमुख चरणों में गढ़े गए थे: ए-एसआई: एच पतली फिल्म जमाव पीईसीवीडी, सटीक ईबीएल, और सूखी नक़्क़ाशी का उपयोग कर। इन चरणों में, ईबीएल लेखन प्रक्रिया सबसे महत्वपूर्ण है। सबसे पहले, मेटास?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

इस काम को आर्थिक रूप से राष्ट्रीय अनुसंधान फाउंडेशन (एनआरएफ) अनुदान (एनआरएफ-2019R1A2C3003129, CAMM-2019M3A6B3030637, एनआरएफ-2019R1AAAA8080290) द्वारा कोरियाई सरकार के विज्ञान मंत्रालय और आईसीटी द्वारा वित्त पोषित किया गया था । I.K. कोरियाई सरकार के शिक्षा मंत्रालय द्वारा वित्त पोषित एनआरएफ ग्लोबल पीएचडी फैलोशिप (एनआरएफ-2016H1A2A1906519) को स्वीकार करता है।

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

  1. 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).
  2. Valentine, J., et al. Three-dimensional optical metamaterials with a negative refractive index. Nature. 455 (7211), 376-379 (2008).
  3. 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).
  4. Jang, J., et al. Kerker-conditioned dynamic cryptographic nanoprints. Advanced Optical Materials. 7 (4), 1801070 (2019).
  5. Zheng, G., et al. Metasurface holograms reaching 80% efficiency. Nature Nanotechnology. 10 (4), 308-312 (2015).
  6. Khorasaninejad, M., et al. Metalenses at visible wavelengths: Diffraction-limited focusing and subwavelength resolution imaging. Science. 352 (6290), 1190-1194 (2016).
  7. Li, Z., et al. Full-space cloud of random points with a scrambling metasurface. Light: Science and Applications. 7 (1), 63 (2018).
  8. Mahmood, N., et al. Polarization insensitive multifunctional metasurfaces based on all-dielectric nanowaveguides. Nanoscale. 10 (38), 18323-18330 (2018).
  9. 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).
  10. Chen, B. H., et al. GaN metalens for pixel-level full-color routing at visible light. Nano Lett. 17 (10), 6345-6352 (2017).
  11. Li, Z., et al. Dielectric meta-hologram enabled with dual magnetic resonances in visible light. ACS Nano. 11 (9), 9382-9389 (2017).
  12. 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).
  13. Ansari, M. A., et al. A spin-encoded all-dielectric metahologram for visible light. Laser & Photonics Reviews. 13 (5), 1900065 (2019).
  14. Ren, H., et al. Metasurface orbital angular momentum holography. Nature Communications. 10 (1), 1-8 (2019).
  15. 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).
  16. 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).
  17. Yoon, G., Lee, D., Rho, J. Demonstration of equal-intensity beam generation by dielectric metasurfaces. Journal of Visualized Experiments. (148), e59066 (2019).
  18. Kim, I., et al. Outfitting next generation displays with optical metasurfaces. ACS Photonics. 5 (10), 3876 (2018).
  19. Kim, K., et al. Facile nanocasting of dielectric metasurfaces with sub-100nm resolution. ACS Applied Materials and Interfaces. 11 (29), 26109-26115 (2019).
  20. Yoon, G., et al. Wavelength-decoupled geometric metasurfaces by arbitrary dispersion control. Communications Physics. 2, 129 (2019).
check_url/kr/61334?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Kim, I., Lee, D., Rho, J. Demonstration of Spin-Multiplexed and Direction-Multiplexed All-Dielectric Visible Metaholograms. J. Vis. Exp. (163), e61334, doi:10.3791/61334 (2020).

View Video