Multi-foci metalens til spektre og polarisering elliptisk genkendelse og rekonstruktion

04. april 2023 (Nanowerk nyheder) En ny udgivelse fra Opto-elektronisk videnskab ("Multi-foci metalens til spektre og polarisering elliptisk genkendelse og rekonstruktion") overvejer multi-foci metalens til spektre og polarisering elliptisk genkendelse og rekonstruktion. Som grundlæggende egenskaber ved lys, spektre og polarisering bærer vital information om udbredelsen af ​​lysbølger. For eksempel kan spektral billeddannelse afspejle materialesammensætningen af ​​objekter, mens polariseret billeddannelse indeholder information om overfladens tekstur, lyspolarisering og/eller rumlig fordeling af en scenes optiske egenskaber. På grund af den afgørende information fra lysets bølgelængde og polarisering er multispektrale og polariserede billedteknologier af væsentlig interesse inden for forskellige videnskabs- og teknologiområder, herunder arkæologi, biologi, fjernmåling og astronomi. Konventionelle multispektrale og polarisationsbilleddannelsesenheder er baseret på filtre og polarisationsanalysatorer, som normalt kræver at tage flere billeder for at indsamle den ønskede optiske information og består af voluminøse multi-pass systemer eller mekanisk bevægelige dele og er vanskelige at integrere i kompakte og integrerede optiske systemer. Fig. 1. Design af spektra- og polarisations-ellipticitetsopløste multi-foci metalens. (Billede: Compuscript) Metaflader der opnår fuld kontrol over lysegenskaber, såsom faser, amplituder og polarisationstilstande, er blevet demonstreret. Som todimensionelle optiske enheder bestående af sub-bølgelængde nanostrukturer er metasurfaces velegnede til design af integrerede systemer. I dag er metasurfaces blevet brugt i mange forskellige typer af funktionelle optiske enheder, såsom optiske skærme, orbitale vinkelmomentenheder, stråledelere, metaholografiske elementer og lysfeltsbilleddannelse. For at realisere integrerede og kompakte design er metasurface-elementer blevet brugt i polarisering og multispektrale optiske systemer. Der mangler dog stadig metalens-enheder, der kan opnå både spektra- og polarisationsopløste funktionaliteter samtidigt, mens de bevarer en god billedbehandlingsydelse med en stor numerisk blænde (NA). På den tekniske side, selvom der kræves mindst tre projektioner for at bestemme polarisationstilstanden, kan længdegraden af ​​Poincare-sfæren (også udtrykt som polarisationsellipticitet) også afspejle rigelig information om scenen. Forskergrupperne af prof. Wei Xiong, prof. Jinsong Xia og prof. Hui Gao fra Huazhong University of Science and Technology foreslog en spektra- og polarisations-ellipticity-opløst multi-foci metalens (SPMM)-metodologi til at realisere spektra- og polarisations-ellipticiteten løst billeddannelse uden krav om bevægelige dele eller omfangsrig spektral- og polarisationsoptik. Fig. 2. Multispektral og polariseret billeddannelse ved hjælp af SPMM med laserkilde. (Billede: Compuscript) I modsætning til tidligere demonstrerede almindelige multispektrale eller polariserende billeddannelsessystemer kan SPMM kun indsamle den ønskede optiske information med et enkelt skud på grund af dets tolv spektra- og polarisationsafhængige billeder på forskellige steder, hvilket forenkler processen med at indsamle optisk Information. I dette SPMM-design kan positionerne og intensiteterne af foci/billeder på brænd-/billedplanet ændres ved at indstille polarisationsellipticiteten og/eller spektrene for indfaldende lysstråler. Derfor besidder den som udviklede SPMM-enhed både detektions- og rekonstruktionsevner af specifik polarisationsellipticitet og diskrete bølgelængder (eller spektralbånd), mens den bevarer normale funktioner af metalen såsom fokusering og billeddannelse. Og SPMM har et delingsblændedesign, som besidder overlegen billedbehandlingsydelse på grund af den større NA end den for det rapporterede mikro-metaller array-design med samme fabrikationsstørrelse og brændvidde. Eksperimentelle demonstrationer af SPMM udføres med både sammenhængende og usammenhængende lys for at bevise dens generelle anvendelighed. Lyset fra afbildede objekter indeholder rig information forbundet med flere bølgelængder og polarisationsellipticitet, som normalt går tabt eller ignoreres i traditionelle intensitetsbaserede billeddannelsesmetoder. For at løse dette problem genererer SPMM tolv foci eller billeder i forskellige positioner, som svarer til seks bånd af spektre og to ortogonale cirkulære polarisationstilstande. Ydermere kan spektrene og polarisationsellipticiteten (lineær, elliptisk eller cirkulær) relateret til specifikke objektområder opløses og rekonstrueres ved at identificere fokuserings-/billeddannelsespositionerne og tilsvarende relative intensiteter. Fig. 3. Multispektral og polariseret billeddannelse ved brug af SPMM med almindelige hvide lysstråler. (Billede: Compuscript) SPMM'ens design og fysiske mekanisme er baseret på principperne om geometrisk fase og holografi. For at realisere en transversalt dispersiv metalens kan fasefordelingerne af flere linser, der har forskellige arbejdsbølgelængder med tilsvarende foci ved forskellige positioner, kodes til et enkelt metasurface-element ved holografiprincippet. Det polarisationsafhængige metalens design kan opnås ved at lægge disse to Hadamard-produktresultater sammen. Brændpunktet for denne metalens kan skiftes ved at ændre polariseringen af ​​den indfaldende lysstråle. Derfor kan en SPMM med tolv foci opnås ved at kombinere to tværgående dispersive metalenses tilfældigt som et enkelt metasurface-element, som vist i fig. 1. Sammenlignet med de eksisterende specielle metasurface-spektra- eller polarisationsdetektionselementer baseret på et mikro-metaller-array, gennem demonstrationen af ​​SPMM-billeddannelsen med både almindelige kohærente (fig. 2) og usammenhængende lyskilder (fig. 3) har dette arbejde vist sit praktiske potentiale for konstruktion af ultrakompakte multispektrale og polariserede billeddannelsesenheder uden behov for en multi-pass design ved hjælp af komplicerede spektralfiltre eller mekanisk bevægelige dele. Desuden kan dette SPMM-koncept udvides til rekonstruktionen af ​​vilkårlige punkter med både længde- og breddegrad på Poincare-sfæren og opnå meget finere opdeling af spektralbånd via forbedret metalens design og nanofabrikationsteknikker.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
• Platoblokkæde. Web3 Metaverse Intelligence. Viden forstærket. Adgang her.
• Kilde: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62735.php