הדגמה של ספין-מוליקס וכיוון-multiplexed כל-Dielectric גלוי Metaholograms
Summary
אנו מציגים פרוטוקול לזיוף של מתהולוגרמות גלויות של ספין וכיוון מרובות, ואז עורכים ניסוי אופטי כדי לאמת את תפקודם. metaholograms אלה יכולים בקלות לדמיין מידע מקודד, כך שהם יכולים לשמש עבור תצוגה נפחית הקרנית והצפנה מידע.
Abstract
טכניקת ההולוגרפיה האופטית הממומשת על ידי metasurfaces התפתחה כגישה חדשנית לתצוגה רב-נפחית הקרנית ותצוגת הצפנת מידע בצורה של מכשירים אופטיים דקים וכמעט שטוחים. בהשוואה לטכניקה ההולוגרפית הקונבנציונלית עם אפנוני אור מרחביים, למטאהולוגרם יתרונות רבים כגון מזעור ההתקנה האופטית, רזולוציית תמונה גבוהה יותר ושדה ראות גדול יותר עבור תמונות הולוגרפיות. כאן, פרוטוקול מדווח על ייצור ואפיון אופטי של metaholograms אופטיים רגישים ספין וכיוון של אור אירוע. המטה-על-פניים מורכבים מסיליקון אמורפי שעבר הידרוגנציה (a-Si:H), בעל מדד שבירה גדול ומקדם הכחדה קטן בכל הטווח הנראה לעין וכתוצאה מכך תהליכים גבוהים ויעילות פליטה. ההתקן מפיק תמונות הולוגרפיות שונות כאשר הספין או הכיוון של אור האירוע מוחלפים. לכן, באפשרותם לקודד סוגים מרובים של מידע חזותי בו-זמנית. פרוטוקול ההתברות מורכב מתצהיר סרטים, כתיבת קרן אלקטרונים ותחריט לאחר מכן. ניתן לאפיין את ההתקן המפוברק באמצעות התקנה אופטית מותאמת אישית המורכבת מלייזר, מקטב ליניארי, לוח גל רבע, עדשה והתקן מזוג טעינה (CCD).
Introduction
מטא-ורים אופטיים המורכבים ממבנה תת-גל אפשרו תופעות אופטיות מעניינות רבות,כולל הסוואה אופטית 1, שבירהשלילית 2, ספיגת אורמושלמת 3, סינוןצבע 4, הקרנת תמונה הולוגרפית5ומניפולציה קרן 6,7,8. מטה-על-פני-על אופטיים עם פיזורים מעוצבים כראוי יכולים לווסת את הספקטרום, את חזית הגל ואת הקיטוב של האור. מטא-ים אופטיים מוקדמים היו מפוברקים בעיקר באמצעות מתכות אציליות (למשל, Au, Ag) בשל הרפלקטיביות הגבוהה שלהם וקלות nanofabrication, אבל יש להם הפסדים אומיים גבוהים, כך metasurfaces יש יעילות נמוכה באורכי גל קצרים גלויים.
פיתוח טכניקות nanofabrication עבור חומרים דיאלקטריים בעלי הפסדים נמוכים באור גלוי (למשל, TiO29, GaN10, ו a-Si:H11)אפשר מימוש של מכשירים אופטיים שטוחים יעילים מאוד עם metasurfaces אופטי. התקנים אלה יש יישומים אופטיקה והנדסה. יישום מסקרן אחד הוא הולוגרפיה אופטית לתצוגה רב-נפחית הקרנית והצפנה של מידע. בהשוואה להולוגרמות קונבנציונליות המשתמשות באפננים של אור מרחבי, למטאהולוגרם יתרונות רבים כגון מזעור ההתקנה האופטית, רזולוציה גבוהה יותר של תמונות הולוגרפיות ושדה ראות גדול יותר.
לאחרונה, הושג קידוד של מידע הולוגרפי מרובה בהתקן מטההולגרם חד שכבתי. דוגמאות לכך כוללות מתאולוגרמות כפולותבספין 12,13, מומנטום זוויתימסלולי 14,זווית אור אירוע 15וכיוון 16. מאמצים אלה התגברו על המחסור הקריטי במטאהולוגרמות, שהוא חוסר חופש עיצוב במכשיר אחד. רוב המטהאולוגרמות הקונבנציונליות יכלו להפיק רק תמונות הולוגרפיות מקודדות בודדות, אך התקן מרובה-פלקסים יכול לקודד תמונות הולוגרפיות מרובות בזמן אמת. לפיכך, המטהאולוגרמה המולטיפלקסית היא פלטפורמת פתרון חיונית לתצוגת וידאו הולוגרפית אמיתית או הולוגרמות אנטי-אנטישמיות רב-תכליתיות.
דווח כאן פרוטוקולים לפברק ספין- וכיוון מרובה כל dielectric גלוי metaholograms גלוי, אז לאפייןאותם אופטית 13,16. כדי לקודד מידע חזותי מרובה בהתקן meta-surface יחיד, מתהולוגרמות מתוכננות אשר מציגות שתי תמונות הולוגרפיות שונות כאשר הסיבוב או הכיוון של אור האירוע משתנים. כדי לפברק תמונות הולוגרפיות יעילות באופן דומה לטכנולוגיה CMOS, a-Si:H משמש עבור metasurfaces ותהודה מגנטית כפולה ותהודה אנטיפרומגנטית המושרה בתוכם מנוצלים. פרוטוקול ההתברות מורכב מתצהיר סרטים, כתיבת קרן אלקטרונים ותחריט. ההתקן המפוברק מאופיין באמצעות התקנה אופטית מותאמת אישית המורכבת מלייזר, מקטב ליניארי, לוח גל רבע, עדשה והתקן מזוג טעינה (CCD).
Protocol
Representative Results
Discussion
a-Si:H metasurfaces היו מפוברקים בשלושה שלבים עיקריים: a-Si:H תצהיר סרט דק באמצעות PECVD, EBL מדויק, ותחריט יבש. בין שלבים אלה, תהליך הכתיבה EBL הוא החשוב ביותר. ראשית, צפיפות התבנית על metasurfaces היא גבוהה למדי, כך התהליך דורש שליטה מדויקת על מינון אלקטרונים (אנרגיה) וסריקה פרמטרים כגון מספר נקודות לכל אזור יחיד?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה כספית על ידי מענקי קרן המחקר הלאומית (NRF) (NRF-2019R1A2C300303129, CAMM-2019M3A6B3030637, NRF-2019R1A5A808080290) במימון משרד המדע וה-ICT של ממשלת קוריאה. I.K. מכיר במחווה לדוקטורט גלובלי של NRF (NRF-2016H1A2A1906519) במימון משרד החינוך של ממשלת קוריאה.
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).
