Dimostrazione di metalogrammi visibili all-Dielectric e Multiplexed a rotazione e a più elementi
Summary
Presentiamo un protocollo per la fabbricazione di metaholograms visibili a rotazione e direzione multiplexed, quindi conduciamo un esperimento ottico per verificarne la funzione. Questi metahologrammi possono facilmente visualizzare le informazioni codificate, in modo che possano essere utilizzati per la visualizzazione volumetrica e la crittografia delle informazioni.
Abstract
La tecnica di olografia ottica realizzata dai metasuperfici è emersa come un nuovo approccio alla visualizzazione volumetrica e alla visualizzazione della crittografia delle informazioni sotto forma di dispositivi ottici ultrasossini e quasi piatti. Rispetto alla tecnica olografica convenzionale con modulatori di luce spaziale, il metahologramma ha numerosi vantaggi come la miniaturizzazione dell’installazione ottica, una maggiore risoluzione dell’immagine e un campo di visibilità più ampio per le immagini olografiche. Qui, viene riportato un protocollo per la fabbricazione e la caratterizzazione ottica di metahologrammi ottici sensibili allo spin e alla direzione della luce incidente. Le metasuperfici sono composte da silicio amorfo idrogenato (a-Si:H), che ha un grande indice di rifrazione e un piccolo coefficiente di estinzione nell’intera gamma visibile con conseguente elevata trasmissione ed efficienza di diffrazione. Il dispositivo produce diverse immagini olografiche quando la rotazione o la direzione della luce incidente viene commutata. Pertanto, possono codificare più tipi di informazioni visive contemporaneamente. Il protocollo di fabbricazione consiste nella deposizione di pellicola, nella scrittura del fascio di elettroni e nella successiva incisione. Il dispositivo fabbricato può essere caratterizzato utilizzando una configurazione ottica personalizzata che consiste di un laser, un polarizzatore lineare, un quarto di waveplate, un obiettivo e un dispositivo accoppiato a carica (CCD).
Introduction
Le metasuperfici ottiche composte da nanostrutture di lunghezza d’onda hanno permesso molti interessanti fenomeniottici,tra cui il cloaking ottico 1 , la rifrazione negativa2, l’assorbimento della luceperfetta 3, il filtraggio del colore4, la proiezione dell’immagine olografica5e la manipolazionedel fascio 6,7,8. Le metasuperfici ottiche che hanno scatterer progettati in modo appropriato possono modulare lo spettro, il fronte d’onda e la polarizzazione della luce. Le prime metasuperfici ottiche sono state principalmente fabbricate utilizzando metalli nobili (ad esempio, Au, Ag) a causa della loro elevata riflettività e facilità di nanofabbricazione, ma hanno perdite Ohmiche elevate, quindi le metasuperfici hanno una bassa efficienza a brevi lunghezze d’onda visibili.
Lo sviluppo di tecniche di nanofabbricazione per materiali dielettrico che hanno basse perdite di luce visibile (ad esempio, TiO29, GaN10e a-Si:H11) ha permesso la realizzazione di dispositivi ottici piatti altamente efficienti con metasuperfici ottici. Questi dispositivi hanno applicazioni in ottica e ingegneria. Un’applicazione interessante è l’olografia ottica per la visualizzazione volumetrica proiettativa e la crittografia delle informazioni. Rispetto agli ologrammi convenzionali che utilizzano modulatori di luce spaziale, il metahologramma ha numerosi vantaggi come la miniaturizzazione della configurazione ottica, una maggiore risoluzione delle immagini olografiche e un campo di visibilità più ampio.
Recentemente, è stata ottenuta la codifica di più informazioni olografiche in un dispositivo metahologramma a strato singolo. Gli esempi includono metahologrammi multipli nello spin12,13, momento angolare orbitale14, angolo di luce incidente15edirezione 16. Questi sforzi hanno superato la lacudazione critica dei metahologrammi, che è una mancanza di libertà di progettazione in un unico dispositivo. La maggior parte dei metahologrammi convenzionali poteva produrre solo singole immagini olografiche codificate, ma il dispositivo multiplex può codificare più immagini olografiche in tempo reale. Quindi, il metahologramma multiplexed è una piattaforma di soluzione cruciale verso un vero display video olografico o ologrammi anticonforming multifunzionali.
Riportati qui sono protocolli per fabbricare spin-and direzione-multiplexed metaholograms visibili all-dielectric, quindi per caratterizzarli otticamente13,16. Per codificare più informazioni visive in un singolo dispositivo metasuperfici, sono progettati metalogrammi che mostrano due diverse immagini olografiche quando la rotazione o la direzione della luce incidente vengono modificate. Per fabbricare immagini olografiche altamente efficienti in modo paragonabile alla tecnologia CMOS, a-Si:H viene utilizzato per le metasuperfici e vengono sfruttate le risonanze magnetiche doppie e le risonanze antiferromagnetiche indotte al loro interno. Il protocollo di fabbricazione consiste nella deposizione di pellicola, nella scrittura di fasci di elettroni e nell’incisione. Il dispositivo fabbricato è caratterizzato da una configurazione ottica personalizzata composta da un laser, un polarizzatore lineare, una placca d’onda di un quarto, un obiettivo e un dispositivo accoppiato a carica (CCD).
Protocol
Representative Results
Discussion
Le metasuperfici a-Si:H sono state fabbricate in tre fasi principali: deposizione di pellicola sottile a-Si:H utilizzando PECVD, EBL preciso e incisione a secco. Tra questi passaggi, il processo di scrittura EBL è il più importante. In primo luogo, la densità del modello sulle metasuperfici è piuttosto elevata, quindi il processo richiede un controllo preciso sulla dose di elettroni (energia) e sui parametri di scansione come il numero di punti per area unità. Anche la condizione di sviluppo deve essere scelta con a…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto finanziariamente dalle sovvenzioni della National Research Foundation (NRF) (NRF-2019R1A2C3003129, CAMM-2019M3A6B3030637, NRF-2019R1A5A8080290) finanziate dal Ministero della Scienza e ICT del governo coreano. I.K. riconosce la borsa di studio NRF Global Ph.D. (NRF-2016H1A2A1906519) finanziata dal Ministero dell’Istruzione del 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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