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動(dòng)量空間中基于復(fù)振幅超表面的軌道角動(dòng)量全息

發(fā)布時(shí)間:2022-04-15 16:09:49 瀏覽量:3365 作者:LY.Young 光學(xué)前沿

摘要

隨著超表面技術(shù)的發(fā)展侧蘸,數(shù)字光學(xué)全息圖可以實(shí)現(xiàn)納米級(jí)的分辨率。這有利于數(shù)據(jù)加密鹉梨,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)讳癌,信息處理和三維顯示等應(yīng)用。然而存皂,全息圖的帶寬對(duì)于任意的實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)還是太低晌坤。為了克服這個(gè)困難,信息可以儲(chǔ)存在光的軌道角動(dòng)量里艰垂,因?yàn)檫@個(gè)自由度有一組無(wú)限的正交螺旋模式泡仗,可作為信息通道。迄今為止猜憎,軌道角動(dòng)量全息已經(jīng)通過(guò)相位型超表面實(shí)現(xiàn)娩怎,然而,這種技術(shù)受到通道串?dāng)_的損害胰柑,因此只展示了來(lái)自四個(gè)通道的多路復(fù)用信息截亦。

正文


動(dòng)量空間中基于復(fù)振幅超表面的軌道角動(dòng)量全息


技術(shù)背

隨著超表面技術(shù)的發(fā)展崩瓤,數(shù)字光學(xué)全息圖可以實(shí)現(xiàn)納米級(jí)的分辨率。這有利于數(shù)據(jù)加密踩官,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)却桶,信息處理和三維顯示等應(yīng)用。然而蔗牡,全息圖的帶寬對(duì)于任意的實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)還是太低颖系。為了克服這個(gè)困難,信息可以儲(chǔ)存在光的軌道角動(dòng)量里辩越,因?yàn)檫@個(gè)自由度有一組無(wú)限的正交螺旋模式嘁扼,可作為信息通道。迄今為止黔攒,軌道角動(dòng)量全息已經(jīng)通過(guò)相位型超表面實(shí)現(xiàn)趁啸,然而,這種技術(shù)受到通道串?dāng)_的損害督惰,因此只展示了來(lái)自四個(gè)通道的多路復(fù)用信息不傅。

英文縮寫:

軌道角動(dòng)量:orbital angular momentum, OAM

復(fù)振幅OAM-復(fù)用超表面全息圖:complex-amplitude OAM-multiplexing metasurface hologram, COMH


技術(shù)要點(diǎn):
基于此,德國(guó)慕尼黑大學(xué)的Haoran Ren和Stefan A.Maier等人提出了一種多達(dá)200個(gè)獨(dú)立軌道角動(dòng)量通道復(fù)用的軌道角動(dòng)量全息術(shù)赏胚。
(1)在動(dòng)量空間設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)振幅超表面蛤签,其具有完全且獨(dú)立的振幅及相位操縱;
(2)使用光的不同軌道角動(dòng)量模式通過(guò)傅里葉變換提取信息栅哀,實(shí)現(xiàn)無(wú)透鏡重建和全息視頻顯示震肮;
(3)超表面使用三維打印技術(shù)在二氧化硅上的聚合物基質(zhì)中打印。

圖1留拾、基于大規(guī)模COMH的超高維度OAM復(fù)用全息原理戳晌。

a、時(shí)間相關(guān)的圖像幀用連續(xù)螺旋模式指數(shù)范圍從-50到50的OAM signature編碼痴柔。

b沦偎、3D激光打印制造的COMH的局部放大示意圖,其中雙折射聚合物納米柱的高度H和平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)角度θ分別對(duì)透射光的幅度和相位響應(yīng)進(jìn)行獨(dú)立控制咳蔚。

c豪嚎、基于COMH的兩個(gè)圖像平面(z1和z2)上的光學(xué)可尋址全息視頻顯示,可以在COMH的動(dòng)量空間尋址大量依賴于OAM的正交圖像幀


實(shí)驗(yàn)結(jié)果:
視頻1:圖像平面z=z1的全息視頻顯示


視頻2:圖像平面z=z2的全息視頻顯示


附錄:
三維激光打印復(fù)振幅超表面全息圖
(1)谈火、使用商業(yè)光刻系統(tǒng)(Photonic Professional GT, Nanoscribe)侈询。在IP-L 780 resist(Nanoscribe)中,通過(guò)浸入式配置的Plan-Apochromat 63x/1.40 Oil DIC Zeiss顯微物鏡在銦錫氧化物涂層的soda lime玻璃基板上制造聚合物超表面樣品糯耍。激光功率和掃描速度的優(yōu)化打印參數(shù)分別為47.5mW和7000um/s扔字。
(2)、激光曝光后温技,將樣品浸入propylene glycol monomethyl ether acetate(Sigma-Aldrich) 20 分鐘革为、 isopropanol (Sigma-Aldrich) 5 分鐘和methoxynonafluorobutane(Novec 7100 Engineered,3M舵鳞,methoxy group OCH3置于methoxynonafluorobutane的末端)2分鐘震檩。
(3)、最后蜓堕,制造的樣品通過(guò)蒸發(fā)在空氣中干燥抛虏。為了增加具有非常高縱橫比的聚合物納米柱的機(jī)械強(qiáng)度,在復(fù)振幅超表面的3D光學(xué)中采用了small hatching(激光的橫向移動(dòng)步長(zhǎng):20 nm)和切片(激光的縱向移動(dòng)步長(zhǎng):50 nm)距離俩滥。為了顯著提高制造吞吐量嘉蕾,選擇了振鏡掃描模式,每個(gè)掃描場(chǎng)僅限于100 μm × 100 μm的square unit cell霜旧,以減少拼接錯(cuò)誤和光學(xué)像差错忱。


參考文獻(xiàn):Ren, H., Fang, X., Jang, J. et al. Complex-amplitude metasurface-based orbital angular momentum holography in momentum space. Nat. Nanotechnol. 15, 948–955 (2020).
DOI:https://doi.org/10.1038/s41565-020-0768-4

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