Multi-foci metalens para reconocimiento y reconstrucción de espectros y elipticidad de polarización

04 abr 2023 (Noticias de Nanowerk) Una nueva publicación de Ciencias optoelectrónicas (“Multi-foci metalens para reconocimiento y reconstrucción de espectros y elipticidad de polarización”) considera metalens multi-foci para el reconocimiento y reconstrucción de espectros y elipticidad de polarización. Como propiedades fundamentales de la luz, los espectros y la polarización contienen información vital sobre la propagación de las ondas de luz. Por ejemplo, las imágenes espectrales pueden reflejar la composición material de los objetos, mientras que las imágenes polarizadas contienen información sobre la textura de la superficie, la polarización de la luz y/o la distribución espacial de las propiedades ópticas de una escena. Debido a la información crucial proporcionada por la polarización y la longitud de onda de la luz, las tecnologías de imágenes polarizadas y multiespectrales son de gran interés en varios campos de la ciencia y la tecnología, incluida la arqueología, la biología, la teledetección y la astronomía. Los dispositivos convencionales de generación de imágenes multiespectrales y de polarización se basan en filtros y analizadores de polarización, que generalmente requieren realizar múltiples disparos para recopilar la información óptica deseada y consisten en sistemas voluminosos de múltiples pasos o partes mecánicamente móviles y son difíciles de integrar en sistemas ópticos compactos e integrados. Fig. 1. Diseño de los espectros y elipticidad de polarización resueltos multifocos metalens. (Imagen: Compuscript) Metasuperficies que logran un control total de las propiedades de la luz, como fases, amplitudes y estados de polarización. Como dispositivos ópticos bidimensionales que consisten en nanoestructuras de longitud de onda inferior, las metasuperficies son adecuadas para el diseño de sistemas integrados. Hoy en día, las metasuperficies se han utilizado en muchos tipos diferentes de dispositivos ópticos funcionales, como pantallas ópticas, dispositivos de momento angular orbital, divisores de haz, elementos de metaholografía e imágenes de campo de luz. Para realizar diseños integrados y compactos, se han utilizado elementos de metasuperficie en polarización y sistemas ópticos multiespectrales. Sin embargo, sigue habiendo una falta de dispositivos de metalens que puedan lograr funcionalidades de resolución de espectro y polarización simultáneamente mientras mantienen un buen rendimiento de imagen con una gran apertura numérica (NA). En el aspecto técnico, aunque se requieren al menos tres proyecciones para determinar el estado de polarización, la longitud de la esfera de Poincaré (también expresada como elipticidad de polarización) también puede reflejar abundante información de la escena. Los grupos de investigación del Prof. Wei Xiong, el Prof. Jinsong Xia y el Prof. Hui Gao de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong propusieron una metodología de metalens multifocos resueltos de elipticidad de polarización y espectro (SPMM) para realizar la elipticidad de polarización y espectro. imágenes resueltas sin el requisito de piezas móviles u ópticas espectrales y de polarización voluminosas. Fig. 2. Imágenes multiespectrales y polarizadas utilizando el SPMM con fuente láser. (Imagen: Compuscript) A diferencia de los sistemas comunes de imágenes multiespectrales o de polarización demostrados anteriormente, el SPMM puede recopilar la información óptica deseada con un solo disparo debido a sus doce imágenes dependientes del espectro y la polarización en diferentes ubicaciones, lo que simplifica el proceso de recopilación óptica. información. En este diseño de SPMM, las posiciones e intensidades de los focos/imágenes en el plano focal/de formación de imágenes se pueden cambiar ajustando la elipticidad de polarización y/o los espectros de los haces de luz incidentes. Por lo tanto, el dispositivo SPMM desarrollado posee capacidades tanto de detección como de reconstrucción de elipticidad de polarización específica y longitudes de onda discretas (o bandas espectrales) mientras mantiene las funciones normales de metalens, como el enfoque y la imagen. Y el SPMM tiene un diseño de apertura compartida que posee un rendimiento de imagen superior debido a una NA más grande que la del diseño de matriz de micrometalens informado con el mismo tamaño de fabricación y distancia focal. Las demostraciones experimentales del SPMM se realizan con luz coherente e incoherente para probar su aplicabilidad general. La luz de los objetos fotografiados contiene información valiosa asociada con múltiples longitudes de onda y elipticidad de polarización, que generalmente se pierde o se ignora en los métodos tradicionales de generación de imágenes basados ​​en la intensidad. Para solucionar este problema, el SPMM genera doce focos o imágenes en diferentes posiciones, que corresponden a seis bandas de espectros y dos estados de polarización circular ortogonal. Además, los espectros y la elipticidad de polarización (lineal, elíptica o circular) relacionados con áreas de objetos específicos se pueden resolver y reconstruir mediante la identificación de las posiciones de enfoque/imagen y las intensidades relativas correspondientes. Fig. 3. Imágenes multiespectrales y polarizadas utilizando el SPMM con haces de luz blanca ordinaria. (Imagen: Compuscript) El diseño y el mecanismo físico del SPMM se basan en los principios de fase geométrica y holografía. Para realizar un metalens transversalmente dispersivo, las distribuciones de fase de múltiples lentes que poseen diferentes longitudes de onda de trabajo con focos correspondientes en diferentes posiciones pueden codificarse en un solo elemento de metasuperficie mediante el principio de holografía. El diseño de metalens dependiente de la polarización se puede obtener sumando estos dos resultados de productos de Hadamard. La posición focal de este metalens se puede cambiar cambiando la polarización del haz de luz incidente. Por lo tanto, se puede obtener un SPMM con doce focos combinando aleatoriamente dos metalenses dispersivos transversalmente como un solo elemento de metasuperficie, como se muestra en la Fig. 1. En comparación con los elementos especiales existentes de detección de polarización o espectro de metasuperficie basados ​​en una matriz de micrometalens, A través de la demostración de la formación de imágenes SPMM con fuentes de luz ordinarias coherentes (Fig. 2) e incoherentes (Fig. 3), este trabajo ha mostrado su potencial práctico para la construcción de dispositivos de imágenes polarizados y multiespectrales ultracompactos sin la necesidad de un diseño de pasos múltiples usando filtros espectrales complicados o partes mecánicamente móviles. Además, este concepto de SPMM se puede extender a la reconstrucción de puntos arbitrarios con longitud y latitud en la esfera de Poincaré y lograr una partición mucho más fina de las bandas espectrales a través de técnicas mejoradas de nanofabricación y diseño de metalens.

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• Fuente: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62735.php