un, Schema del polarizzatore all-in-one proposto che può funzionare in una posizione arbitraria sulla sfera di Poincaré in base alla progettazione basata su una metasuperficie dielettrica composta da nanopilastri dimerizzati, che può operare direttamente con luce incidente non polarizzata e generare stati di polarizzazione arbitrari, compreso lineare, polarizzazioni ellittiche e circolari, indipendentemente dallo stato di polarizzazione incidente. B, Rappresentazione sferica di Poincaré di una coppia di polarizzazione ortogonale arbitraria (α, β) (ellissi rosse e blu piene) e la sua coppia girata con la mano (α*, β*) (ellissi tratteggiate rosse e blu). C, Coefficienti di conversione della polarizzazione e spettro PD calcolati con i parametri ottimizzati (l1=130 nm, w1=70nm; l2=150nm, w2=85 nm) alla lunghezza d'onda di 633 nm, che dà tα*α=0.93 e tβ*α=tα*β=tβ*β?0. D, Stati di polarizzazione trasmessi (ellissi blu) quando la metasuperficie è stata illuminata da una varietà di diversi stati di polarizzazione incidente (curve rosse). L'istogramma indica la trasmittanza, che variava con la polarizzazione incidente, mentre la forma dell'ellisse blu era la stessa di quella dello stato di polarizzazione progettato α* Credito:Shuai Wang, Zi-Lan Deng, Yujie Wang, Qingbin Zhou, Xiaolei Wang, Yaoyu Cao, Bai-Ou Guan, Shumin Xiao, Xiangping Li
Il controllo della polarizzazione è essenziale per personalizzare le interazioni luce-materia ed è alla base di molte applicazioni come l'imaging di polarizzazione, ottica non lineare, archivio dati, e multiplexing delle informazioni. Un polarizzatore lineare, che è un elemento ottico di polarizzazione che filtra una specifica polarizzazione lineare dalla luce non polarizzata, gioca un ruolo importante sia nella generazione che nella manipolazione della polarizzazione. Però, la generazione di stati di polarizzazione arbitrari diversi dalla polarizzazione lineare di solito richiede la cascata di più elementi di polarizzazione ottica, inclusi sia polarizzatori lineari che piastre d'onda basati su materiali anisotropi o nanostrutture, portando a sistemi ottici ingombranti che sono lontani dalla tanto agognata miniaturizzazione e integrazione.
In un nuovo giornale in Scienza e applicazioni della luce , un team di scienziati, supervisionato dal Prof. Xiangping Li e Zi-Lan Deng del Guangdong Provincial Key Laboratory of Optical Fiber Sensing and Communications, Istituto di tecnologia fotonica, Università di Jinan, La Cina e i suoi collaboratori hanno proposto un approccio efficace per ottenere polarizzatori a sfera di Poincaré completi in un solo passaggio estendendo il dicroismo di conversione circolare (CCD) al dicroismo di conversione di polarizzazione arbitraria (APCD) mediante una metasuperficie monostrato.
Utilizzando metamolecole dimerizzate composte da una coppia di metaatomi birifrangenti con risposte di fase anisotrope opportunamente adattate e relativi angoli di orientamento, l'interferenza collettiva della radiazione in campo lontano da quei meta-atomi può essere controllata per generare APCD. Questo sistema è in grado di trasmettere preferenzialmente uno stato di polarizzazione che può essere localizzato in una posizione arbitraria su una sfera di Poincaré e convertirlo in luce trasmessa con la mano capovolta, bloccando completamente lo stato di polarizzazione ortogonale. Questa metasuperficie APCD è in grado di generare un raggio polarizzato arbitrariamente situato in una posizione arbitraria sulla sfera di Poincaré, indipendentemente dalla polarizzazione in ingresso, e agisce quindi come un polarizzatore che può coprire l'intera sfera Poincaré dal design.
In pratica, realizziamo tale APCD in una piattaforma metasuperficiale completamente dielettrica nella gamma di frequenze visibili, manifestando dicroismo di polarizzazione trasmissiva (PD) di quasi il 100% in teoria e superiore al 90% sperimentalmente. Sfruttiamo la caratteristica PD perfetta di questo sistema per dimostrare la polarizzazione arbitraria, compreso lineare, polarizzazione circolare ed ellittica, direttamente dalla luce non polarizzata. Questo polarizzatore metasuperficiale all-in-one funge da generatore di polarizzazione arbitraria monolitica, dispositivi ottici miniaturizzati in definitiva promettenti per sistemi nanofotonici integrati con complessità sostanzialmente ridotta. Questi scienziati riassumono il principio di funzionamento del loro polarizzatore a sfera di Poincaré:
un, Configurazione sperimentale per la misura del grado di polarizzazione (DoP) della luce trasmessa da metasuperfici APCD illuminate da una sorgente LED non polarizzata. b-d, Angolo misurato dell'asse principale , angolo di ellitticità e DoP dei raggi trasmessi attraverso l'ellittica progettata (b), (c) metasuperfici di dicroismo lineare e (d) circolare. Le ellissi di polarizzazione verdi rappresentano gli stati di polarizzazione derivati dai parametri di Stokes misurati a 633 nm, coerenti con gli stati simulati (frecce rosse). Credito:Shuai Wang, Zi-Lan Deng, Yujie Wang, Qingbin Zhou, Xiaolei Wang, Yaoyu Cao, Bai-Ou Guan, Shumin Xiao, Xiangping Li
"Progettiamo polarizzatori di stato arbitrario basati sul dicroismo di conversione di polarizzazione arbitrario senza considerare le polarizzazioni incidenti:(1) Analizzando la matrice di Jones della metasuperficie planare realizzando il dicroismo di conversione di polarizzazione arbitrario; (2) Applicando la matrice di Jones nella metasuperficie dielettrica diatomica con parametri geometrici; (3) Dimostrazione della polarizzazione generata senza influenze dai raggi in ingresso."
"Il parametro di dicroismo è vicino al 100% in simulazione e superiore al 90% sperimentalmente, questa prestazione perfetta fa sì che la metasuperficie progettata funzioni come polarizzatore per la polarizzazione arbitraria, anche su un raggio non polarizzato, " hanno aggiunto.
