Viene riportata una struttura nanograting plasmonica spin-Hall che rileva simultaneamente sia la polarizzazione che le singolarità di fase del raggio incidente. Il nanoreticolo è una rottura della simmetria con periodi diversi per le parti superiore e inferiore, che consente l'eccitazione unidirezionale dell'SPP in funzione della carica topologica del fascio incidente. Inoltre, le meta-fessure di spin-Hall sono integrate nel reticolo in modo che la struttura abbia una risposta chirale per il rilevamento della polarizzazione.

Le singolarità ottiche sono elementi chiave nell'ottica moderna e sono state ampiamente studiate. In particolare, le singolarità di fase e di polarizzazione sono state manipolate in varie applicazioni, come l'imaging e la metrologia, ottica non lineare, pinzette ottiche, rilevamento, informazioni quantistiche, e comunicazione ottica. In teoria, entrambe le singolarità possono essere rilevate simultaneamente se si possono rilevare contemporaneamente la carica topologica e lo spin del fotone. Negli ultimi anni sono stati proposti diversi metodi per rilevare la carica topologica dell'OAM, compresa l'olografia, metasuperfici, trasformazione ottica, e circuiti fotonici. Però, questi metodi presentano degli inconvenienti tra cui la necessità di allineare con precisione la trave alla struttura, la necessità di processi di rilevamento complessi, come la microscopia in campo vicino, e le basse efficienze di diffrazione di alcuni elementi. Questi inconvenienti limitano fortemente le loro applicazioni in nuovi sistemi ottici con fibre ottiche o dispositivi integrati on-chip.

In un nuovo articolo pubblicato su Scienza e applicazioni della luce , un team di scienziati, guidato dal professor Changjun Min, Xiaocong Yuan, e Mike Somekh del Nanophotonics Research Center, Laboratorio chiave di Shenzhen di tecnologia dell'informazione ottica su microscala, Università di Shenzhen, Shenzhen, La Cina e i suoi colleghi hanno sviluppato un nanograting plasmonico di spin-hall su chip per rilevare simultaneamente singolarità di fase e polarizzazione. Hanno progettato prima una struttura a reticolo che rompe la simmetria per lanciare in modo unidirezionale l'onda SPP in base al segno della carica topologica dell'onda incidente. L'angolo di propagazione dell'SPP generato aumenta con il valore della carica topologica. Il valore di carica topologica del raggio incidente può essere determinato con precisione posizionando un reticolo di accoppiamento di uscita su entrambi i lati del nanoreticolo per accoppiare l'onda SPP generata al campo lontano e analizzando l'immagine di microscopia ottica in campo lontano. Inoltre, una struttura spin-Hall è integrata sul nanoreticolo in modo che il nanoreticolo possa rispondere allo spin del fascio incidente. Questa struttura combinata accoppia direzionalmente il raggio OAM incidente in posizioni diverse a seconda della polarizzazione e della carica topologica del raggio. È dimostrato sperimentalmente che la struttura rileva contemporaneamente la singolarità di polarizzazione e la singolarità di fase del fascio CVB incidente. Questo dispositivo è molto promettente per ottenere un circuito integrato fotonico altamente compatto. Questi scienziati riassumono il principio di funzionamento della loro struttura:

"Abbiamo progettato una meta-superficie basata su SPP in grado di rilevare contemporaneamente le singolarità di fase e di polarizzazione dell'onda incidente per due scopi in uno:(1) per rilevare rapidamente e simultaneamente le singolarità di fase e di polarizzazione con un'immagine a scatto singolo; (2) per consentire la comunicazione ottica con le singolarità fotoniche delle onde elettromagnetiche."

"Questo dispositivo è molto promettente per ottenere un circuito integrato fotonico altamente compatto. Ha mostrato un grande potenziale nei circuiti integrati fotonici su larga scala e trarrebbe vantaggio da diverse applicazioni come l'elaborazione ottica delle informazioni su chip e le comunicazioni ottiche. Ora stiamo cercando di integrare un'ulteriore struttura di modulazione di fase accoppiata sul dispositivo per annullare l'effetto di diffrazione dell'onda SPP durante la generazione.Ciò migliorerebbe ulteriormente la risoluzione e il limite di rilevamento del sistema, " hanno aggiunto.