スピン多重化および方向多重化全誘電体可視メタホログラムの実証
Summary
スピンおよび方向多重化可視メタホログラムの作製プロトコルを提示し、光学実験を行ってその機能を検証する。これらのメタホログラムは、エンコードされた情報を簡単に視覚化できるため、射出容積表示や情報暗号化に使用できます。
Abstract
メタサーフェスによって実現される光学ホログラフィ技術は、超薄型でほぼ平坦な光学デバイスの形で射影容積表示および情報暗号化表示への新しいアプローチとして浮上している。空間光変調器を用いた従来のホログラフィック技術と比較して、メタホログラムは、光学的なセットアップの小型化、高い画像解像度、ホログラフィック画像の視認性の大きい分野など、多くの利点を有する。ここでは、入射光のスピンと方向に敏感な光学メタホログラムの作製および光学的特徴付けのためのプロトコルが報告される。メタサーフェスは水素化アモルファスシリコン(a-Si:H)で構成されており、可視範囲全体で大きな屈折率と小さな絶滅係数を持ち、透過率と回折効率が高くなります。デバイスは、入射光のスピンまたは方向が切り替えられると、異なるホログラフィック画像を生成します。したがって、複数の種類の視覚情報を同時にエンコードできます。作製プロトコルは、フィルム堆積、電子ビーム書き込み、その後のエッチングから構成されています。製造された装置はレーザー、線形偏光子、四分の一の波板、レンズおよび電荷結合装置(CCD)から成っているカスタマイズされた光学セットアップを使用して特徴付けることができる。
Introduction
サブ波長ナノ構造からなる光学的なメタサーフェスは、光学的クローキング1、負の屈折2、完全光吸収3、色調フィルタリング4、ホログラフィック画像投影5、およびビーム操作6,6、7、8,など、多くの興味深い光学現象を可能にしている。適切に設計された散乱体を持つ光学的なメタサーフェスは、光のスペクトル、波面および偏光を調節することができる。初期の光学メタサーフェスは、主に高い反射率とナノ加工の容易さのために貴金属(例えばAu,Ag)を使用して製造されましたが、オーミック損失が高いため、微小な可視波長での効率が低くなります。
可視光の損失が少ない誘電体材料のナノファブリケーション技術の開発(例えば、TiO29、GaN10、a-Si:H11)により、光学メタサーフェスを備えた高効率平坦光学デバイスの実現が可能になりました。10これらのデバイスは、光学およびエンジニアリングのアプリケーションを持っています。興味深いアプリケーションの 1 つは、射影容積表示と情報暗号化のための光学ホログラフィです。空間光変調器を使用する従来のホログラムと比較して、メタホログラムは、光学セットアップの小型化、ホログラフィック画像の高解像度、視認性の大きい視野など、多くの利点を有する。
近年、単層メタホログラム装置における複数のホログラフィック情報の符号化が実現されている。例としては、スピン12、13、13軌道12角運動量14、入射光角15、および方向16で多重化されたメタホログラムが含まれる。これらの取り組みは、単一のデバイスにおける設計の自由度の欠如であるメタホログラムの重大な欠点を克服しました。ほとんどの従来のメタホログラムは、単一のエンコードされたホログラフィック画像しか生成できませんでしたが、多重化されたデバイスはリアルタイムで複数のホログラフィック画像をエンコードすることができます。したがって、多重化されたメタホログラムは、実際のホログラフィックビデオディスプレイまたは多機能偽造防止ホログラムに向けた重要なソリューションプラットフォームです。
ここで報告されているのは、スピンおよび方向多重化全誘電体可視メタホログラムを製造し、それらを13,16,16に光学的に特徴付けるプロトコルである。1 つのメタサーフェス デバイスで複数の視覚情報をエンコードするために、メタホログラムは、入射光のスピンまたは方向が変更されたときに 2 つの異なるホログラフィック 画像を示すように設計されています。CMOS技術に匹敵する方法で高効率ホログラフィック画像を作製するために、a-Si:Hをメタサーフェスに使用し、その中に誘導される二重磁気共鳴と反強磁性共鳴が利用されます。作製プロトコルは、フィルム堆積、電子ビーム書き込み、およびエッチングから構成されています。製造された装置はレーザー、線形偏光子、四分の一の波板、レンズおよび電荷結合装置(CCD)から成っているカスタマイズされた光学セットアップを使用して特徴付けられる。
Protocol
Representative Results
Discussion
a-Si:Hのメタサーフェスは、PECVDを用いたa-Si:H薄膜堆積、精密EBL、ドライエッチングの3つの主要なステップで製造されました。これらのステップの中で、EBLの書き込みプロセスが最も重要です。まず、メタサーフェスのパターン密度が非常に高いため、電子線量(エネルギー)や単位面積あたりのドット数などの走査パラメータを正確に制御する必要があります。開発条件も慎重に選択する必要?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、韓国政府の科学・ICT省が資金を提供する国立研究財団(NRF-2019R1A2C3003129、CAMM-2019M3A6B3030637、NRF-2019R1A5A8080290)によって財政的に支援されました。I.K.は、韓国政府の文部省が出資するNRFグローバルPhDフェローシップ(NRF-2016H1A1A1906519)を認めています。
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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