Multi-foci metalens per il riconoscimento e la ricostruzione di spettri e ellitticità di polarizzazione

04 aprile 2023 (Notizie Nanowerk) Una nuova pubblicazione da Scienza optoelettronica (“Multi-foci metalens per il riconoscimento e la ricostruzione di spettri e ellitticità di polarizzazione”) considera multi-foci metalens per il riconoscimento e la ricostruzione degli spettri e dell'ellitticità di polarizzazione. In quanto proprietà fondamentali della luce, gli spettri e la polarizzazione contengono informazioni vitali sulla propagazione delle onde luminose. Ad esempio, l'imaging spettrale può riflettere la composizione materiale degli oggetti, mentre l'imaging polarizzato contiene informazioni sulla trama della superficie, sulla polarizzazione della luce e/o sulla distribuzione spaziale delle proprietà ottiche di una scena. A causa delle informazioni cruciali fornite dalla lunghezza d'onda della luce e dalla polarizzazione, le tecnologie di imaging multispettrale e polarizzato sono di notevole interesse in vari campi scientifici e tecnologici, tra cui archeologia, biologia, telerilevamento e astronomia. I dispositivi convenzionali di imaging multispettrale e di polarizzazione si basano su filtri e analizzatori di polarizzazione, che di solito richiedono di effettuare più scatti per raccogliere le informazioni ottiche desiderate e sono costituiti da ingombranti sistemi multi-pass o parti meccanicamente mobili e sono difficili da integrare in sistemi ottici compatti e integrati. Fig. 1. Progettazione degli spettri e dell'ellitticità di polarizzazione risolti multi-foci metalens. (Immagine: Compuscript) Metasuperfici che raggiungono il pieno controllo delle proprietà della luce, come fasi, ampiezze e stati di polarizzazione. In quanto dispositivi ottici bidimensionali costituiti da nanostrutture sub-lunghezza d'onda, le metasuperfici sono adatte per la progettazione di sistemi integrati. Oggi, le metasuperfici sono state utilizzate in molti diversi tipi di dispositivi ottici funzionali, come display ottici, dispositivi di momento angolare orbitale, divisori di fascio, elementi di meta-olografia e imaging a campo luminoso. Per realizzare progetti integrati e compatti, gli elementi di metasuperficie sono stati utilizzati nella polarizzazione e nei sistemi ottici multispettrali. Tuttavia, permane una mancanza di dispositivi metalens in grado di ottenere contemporaneamente funzionalità risolte sia per gli spettri che per la polarizzazione, mantenendo allo stesso tempo buone prestazioni di imaging con una grande apertura numerica (NA). Dal punto di vista tecnico, sebbene siano necessarie almeno tre proiezioni per determinare lo stato di polarizzazione, anche la longitudine della sfera di Poincaré (espressa come ellitticità di polarizzazione) può riflettere abbondanti informazioni sulla scena. I gruppi di ricerca del Prof. Wei Xiong, del Prof. Jinsong Xia e del Prof. Hui Gao della Huazhong University of Science and Technology hanno proposto una metodologia SPMM (spettra- e polarizzazione ellitticità risolta multi-foci metalens) per realizzare l'ellitticità di spettri e polarizzazione immagini risolte senza la necessità di parti mobili o ingombranti ottiche spettrali e di polarizzazione. Fig. 2. Imaging multispettrale e polarizzato utilizzando l'SPMM con sorgente laser. (Immagine: Compuscript) A differenza dei comuni sistemi di imaging multispettrale o di polarizzazione precedentemente dimostrati, l'SPMM può raccogliere le informazioni ottiche desiderate con un solo scatto grazie alle sue dodici immagini dipendenti dallo spettro e dalla polarizzazione in posizioni diverse, il che semplifica il processo di raccolta ottica informazione. In questo progetto SPMM, le posizioni e le intensità dei fuochi/immagini sul piano focale/immagine possono essere modificate regolando l'ellitticità di polarizzazione e/o gli spettri dei raggi di luce incidente. Pertanto, il dispositivo SPMM così sviluppato possiede sia capacità di rilevamento che di ricostruzione di ellitticità di polarizzazione specifica e lunghezze d'onda discrete (o bande spettrali) pur mantenendo le normali funzioni di metalens come la messa a fuoco e l'imaging. E l'SPMM ha un design dell'apertura di condivisione che possiede prestazioni di imaging superiori grazie all'NA più grande rispetto a quello del design dell'array di micro-metalens come riportato con le stesse dimensioni di fabbricazione e lunghezza focale. Le dimostrazioni sperimentali dell'SPMM vengono eseguite con luce sia coerente che incoerente per dimostrare la sua applicabilità generale. La luce degli oggetti ripresi contiene ricche informazioni associate a più lunghezze d'onda e all'ellitticità di polarizzazione, che di solito vengono perse o ignorate nei tradizionali metodi di imaging basati sull'intensità. Per affrontare questo problema, l'SPMM genera dodici fuochi o immagini in posizioni diverse, che corrispondono a sei bande di spettri e due stati di polarizzazione circolare ortogonale. Inoltre, gli spettri e l'ellitticità di polarizzazione (lineare, ellittica o circolare) relativi a specifiche aree dell'oggetto possono essere risolti e ricostruiti identificando le posizioni di focalizzazione/imaging e le corrispondenti intensità relative. Fig. 3. Imaging multispettrale e polarizzato utilizzando l'SPMM con normali fasci di luce bianca. (Immagine: Compuscript) Il design e il meccanismo fisico dell'SPMM si basano sui principi della fase geometrica e dell'olografia. Per realizzare un metalens trasversalmente dispersivo, le distribuzioni di fase di più lenti che possiedono diverse lunghezze d'onda di lavoro con fuochi corrispondenti in posizioni diverse possono essere codificate in un singolo elemento di metasuperficie mediante il principio dell'olografia. Il design metalens dipendente dalla polarizzazione può essere ottenuto sommando questi due risultati del prodotto Hadamard. La posizione focale di questo metalens può essere commutata modificando la polarizzazione del raggio di luce incidente. Pertanto, è possibile ottenere un SPMM con dodici fuochi combinando casualmente due metalensi dispersivi trasversalmente come un singolo elemento di metasuperficie, come mostrato in Fig. 1. attraverso la dimostrazione dell'imaging SPMM con sorgenti luminose ordinarie coerenti (Fig.2) e incoerenti (Fig.3), questo lavoro ha mostrato il suo potenziale pratico per la costruzione di dispositivi di imaging ultracompatti multispettrali e polarizzati senza la necessità di un progettazione multi-pass utilizzando complicati filtri spettrali o parti meccanicamente mobili. Inoltre, questo concetto SPMM può essere esteso alla ricostruzione di punti arbitrari sia con longitudine che latitudine sulla sfera di Poincaré e ottenere una partizione molto più fine delle bande spettrali tramite una migliore progettazione di metalens e tecniche di nanofabbricazione.

• Distribuzione di contenuti basati su SEO e PR. Ricevi amplificazione oggi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Conoscenza amplificata. Accedi qui.
• Fonte: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62735.php