Figura 1. (a) Il regolo calcolatore convenzionale (a sinistra) è azionato da una rotazione meccanica e viene letto visivamente con una dimensione facile da usare. Come analogo, viene mostrato un prototipo ultra compatto della controparte fotonica (a destra) basato sulla piattaforma della metasuperficie. Il metadispositivo è progettato con la frequenza incidente e la funzione dello stato di polarizzazione con fasi variabili. Di conseguenza, nel campo lontano si osservano punti con interferenza con risoluzione angolare. (b) Il progetto del metadispositivo può essere disaccoppiato in due parti:generazione di vortici e focalizzazione anulare acromatica. Entrambi i profili di fase dipendono dalla frequenza. Nel progetto del fascio di vortici, le fasi ruotano in direzioni opposte ea velocità angolari distinte con differenti cariche topologiche. (c) L'olografia di interferenza genera un anello simmetrico mobile con distribuzione dell'intensità indicata dalla curva viola a destra. Come rappresentante, la distribuzione dell'intensità alla lunghezza d'onda di 3,75 μm è a scopo dimostrativo. (d) Le immagini catturate a frequenze diverse sullo stesso piano focale con incidenza della luce circolare sinistra. La distribuzione anulare dell'intensità ruota con la frequenza incidente. Crediti:Feilong Yu, Jin Chen, Lujun Huang, Zengyue Zhao, Jiuxu Wang, Rong Jin, Jian Chen, Jian Wang, Andrey E Miroshnichenko, Tianxin Li, Guanhai Li, Xiaoshuang Chen e Wei Lu
L'infrarosso a lunghezza d'onda media (MWIR) è un regime unico con varie potenziali applicazioni nel rilevamento delle impronte digitali. È anche una delle tre finestre di trasmissione atmosferica che mostra possibilità significative nella visione notturna in condizioni di scarsa illuminazione e nelle comunicazioni nello spazio libero. Il rilevamento accurato di fotoni sconosciuti in questa banda gioca un ruolo indispensabile nelle applicazioni aeronautiche e astronautiche. Tuttavia, con la configurazione di misurazione ingombrante convenzionale con molti elementi ottici in cascata o dispositivi basati sulla metasuperficie, sono limitati dalla dispersione longitudinale ristretta e dalla mancanza di risoluzione simultanea della lunghezza d'onda e dello stato di polarizzazione.
In un nuovo articolo pubblicato su Luce:scienza e applicazioni , un team di scienziati, guidato dal Dr. Guanhai Li del laboratorio statale chiave di fisica dell'infrarosso, Shanghai Institute of Technical Physics, Cina, e collaboratori hanno proposto un regolo calcolatore fotonico versatile basato su una metasuperficie interamente in silicio che consente il ricostruzione simultanea della frequenza e dello stato di polarizzazione dei fotoni incidenti. La metasuperficie sfrutta sia la focalizzazione acromatica che le fasi in evoluzione azimutale con cariche topologiche +1 e -1 per garantire le distribuzioni di intensità anulare confocale nel campo lontano.
Ispirandosi ai regoli calcolatori convenzionali, che incorporano le regole di calcolo nelle evoluzioni intrinseche dei parametri fisici, il team presenta il regolo calcolatore fotonico e dimostra il prototipo per caratterizzare la frequenza e lo stato di polarizzazione dei fotoni incidenti. Con un design della metasuperficie interamente in silicio, diverse lunghezze d'onda e stati di polarizzazione corrispondono a diversi profili di fase, risultando così nei punti di messa a fuoco risolti ad angolo nel campo lontano. Due distinti gruppi di metaatomi sono progettati per avere diversi portatori di fasci di vortici e dispersioni di fase. Il pattern di interferenza risolto in angolo nel campo lontano di due gruppi di metaatomi fornisce un facile accesso al recupero della lunghezza d'onda e dello stato di polarizzazione. Come analoghi, migrano con successo la logica aritmetica delle fasi dispersive alla variazione intrinseca della frequenza e della polarizzazione delle dimensioni fotoniche con la metasuperficie interamente in silicio.
Figura 2. Le immagini catturate sul piano focale a frequenze diverse sotto l'incidenza della polarizzazione circolare sinistra e destra. Gli anelli interno ed esterno sono rispettivamente alleggeriti in funzione dello stato di polarizzazione incidente. Crediti:Feilong Yu, Jin Chen, Lujun Huang, Zengyue Zhao, Jiuxu Wang, Rong Jin, Jian Chen, Jian Wang, Andrey E Miroshnichenko, Tianxin Li, Guanhai Li, Xiaoshuang Chen e Wei Lu
Il team di ricerca ha selezionato i metaatomi con diverse risposte di polarizzazione e li ha organizzati con multiplexing spaziale per costruire ulteriormente la mappatura secondaria delle informazioni sconosciute sulla polarizzazione dei fotoni nel piano focale. Con questa gestione, hanno ottenuto la risoluzione simultanea della frequenza e dello stato di polarizzazione del fotone incidente sconosciuto. Come mostrato in Figura 2, gli angoli di rotazione degli anelli interno ed esterno risolvono la frequenza del fotone incidente, mentre le informazioni sulla polarizzazione del fotone incidente possono essere ottenute direttamente dalla posizione dei punti di focalizzazione. L'anello interno corrisponde allo stato di polarizzazione circolare sinistrorso e l'anello esterno è lo stato di polarizzazione circolare destrorso.
Infine, attraverso l'analisi teorica, la simulazione numerica e la misurazione sperimentale, il team di ricerca ha confermato che il regolo calcolatore fotonico basato sulla metasuperficie può superare efficacemente la limitazione dei tradizionali dispositivi di materiale sfuso nell'area di lavoro, in particolare la distanza assiale, e ha realizzato un nuovo schema di ultra -caratterizzazione compatta e altamente integrata della lunghezza d'onda e dello stato di polarizzazione dei fotoni sconosciuti. Questo lavoro fornisce un analogo del regolo calcolatore convenzionale per caratterizzare in modo flessibile i fotoni in modo ultracompatto e multifunzionale e può trovare applicazioni in circuiti ottici integrati o dispositivi tascabili.
Il dottor Yu Feilong e il dottor Chen Jin sono i primi co-autori di questo articolo e il dottor Li Guanhai è l'autore corrispondente. prof. Chen Xiaoshuang e Lu Wei hanno fornito istruzioni significative su questo lavoro. + Esplora ulteriormente
