Holografi är ett kraftfullt verktyg som kan rekonstruera ljusets vågfronter och kombinera de grundläggande vågegenskaperna för amplitud, fas, polarisering, vågvektor och frekvens. Smarta multiplextekniker (multipel signalintegration) tillsammans med metasurface -konstruktioner efterfrågas för närvarande för att utforska förmågan att konstruera informationslagringssystem och förbättra optisk krypteringssäkerhet med hjälp av sådana metasurthologram.

Holografi baserad på metasurfar är en lovande kandidat för applikationer i optiska displayer/lagring med enorm informationskapacitet tillsammans med ett stort synfält jämfört med traditionella metoder. För att praktiskt realisera metologiska hologram, holografiska profiler bör kodas på ultratunna nanostrukturer som har starka ljusmaterialinteraktioner (plasmoniska interaktioner) på ett ultrakort avstånd. Metasurfaces kan styra ljus och akustiska vågor på ett sätt som inte ses i naturen för att tillhandahålla en flexibel och kompakt plattform och realisera en mängd olika vektoriella hologram, med högdimensionell information som överskrider gränserna för flytande kristaller eller optiska fotoresister.

Bland de befintliga teknikerna som används för att uppnå mycket önskade optiska egenskaper, polarisationsmultiplexing (multipel signalintegration) är en attraktiv metod. Det starka cross-talk som är förknippat med sådana plattformar kan, dock, förhindras med dubbelbrytande metasytor (tvådimensionella ytor med två olika brytningsindex) sammansatta av en enda meta-atom per cell för optimerad polarisationsmultiplexering.

Ändå, hela polarisationskanalernas fulla kapacitet återstår att utforska för förbättrad lagringskapacitet för information inom metasurthologram och i holografiska optiska enheter. I en nyligen genomförd studie Ruizhe Zhao och medarbetare demonstrerade en ny metod för att realisera flerkanalig vektoriell holografi för dynamisk display och applikationer med hög säkerhet. I studien, dubbelbrytande metasytor utforskades för att styra polarisationskanaler och bearbeta mycket olika information genom rotation. De rekonstruerade vektorbilderna kan bytas från en form till en annan med försumbar cross-talk genom att välja en kombination av input/output polarisationstillstånd. Resultaten publiceras nu i Ljus:Vetenskap och applikationer .

Forskarna härledde först en multiplexeringsalgoritm för att stödja den dynamiska vektoriella holografiska visningen och krypteringsprocessen. Genom att använda rätt polarisationstangenter, mottagaren kunde få exakt information som levererades. Genom att öka komplexiteten hos sådana bilder, ännu högre flexibilitet erhölls vid sidan av detaljerad analys av de rekonstruerade vektoriala bildegenskaperna. Eftersom enheten som innehåller metasytor är kompakt i storlek, i praktiken, den kan enkelt transporteras med kodad information.

För att mönstra designen av intresse, Zhao et al. tillverkade flera dielektriska kiselmetasytor ovanpå ett glasunderlag med plasmaetsning, följt av elektronstråle litografi. Metasytorna består av 1000 x 1000 nanofiner, dvs nanostrukturer med möjlighet att öka värmeöverföringen via ytarealförbättring och vätske-fast-interaktioner. Forskarna studerade två scheman med flera polarisationskanaler; med eller utan rotation med hjälp av de dubbelbrytande dielektriska metasytorna - för att förverkliga hologrammen.

De dubbelbrytande dielektriska metasytorna utformades med kisel -nanofiner ovanpå ett glasunderlag. För att uppnå önskade fasskift, 2-D-parameteroptimering utfördes med användning av en rigorös metod för kopplad våganalys (RCWA). RCWA:s halvanalytiska metod används vanligtvis i beräkningselektromagnetisk teknik för att lösa spridning från periodiska dielektriska strukturer. Nanofinens längd L och bredd W låg inom intervallet 80 till 280 nm, höjd vid 600 nm och periodstorlek P vid 400 nm. Värdena valdes noggrant för att säkerställa att fasen i utgångsljuset eliminerade alla oönskade diffraktionsordningar. För simuleringen, nanofinen placerades på ett glasunderlag och utsattes för en fast våglängd av infallande ljus vid 800 nm. Simuleringsresultat indikerade att överföringsamplituden för de flesta nanofiner med olika tvärsnitt var över 90 procent effektivitet. Forskarna bestämde orienteringsvinklarna för nanofinerna med hjälp av ekvationer härledda i studien för att experimentellt demonstrera flerkanalig polarisationsmultiplexering.

För optisk karakterisering av metasurfacehologrammen, Zhao et al. använde en experimentell installation. Förstoringsförhållandet och objektivets numeriska bländare valdes noggrant för att samla allt diffraktionsljus från provet och rekonstruera holografiska bilder i Fourier -planet. Forskarna använde ett andra objektiv/objektiv för att fånga Fourier -planet på en CCD -kamera. De observerade också separat två avsökande elektronmikroskopibilder av proverna med eller utan rotation för att karakterisera den konstruerade ytan.

Som princip-bevis, använder metasytorna, Zhao et al. konstruerade holografiska bilder av en tecknad tiger och en snögubbe som uppträdde med hög trohet och hög upplösning när de belystes av x-polariserat ljus. När det infallande ljuset byttes till y-polarisering, de rekonstruerade bilderna ändrades till en tekanna och en tekopp. I detta experiment, endast två polariseringskanaler var tillgängliga i installationen, med båda paren av de holografiska bilderna rekonstruerade och försvunna samtidigt genom att rotera polarisatorn bakom provet. De experimentella resultaten överensstämde med simuleringen för att bekräfta studiens grundläggande designprincip. Nettodiffraktionseffektiviteten för hologrammet definierades som förhållandet mellan intensiteten hos den ena rekonstruerade bilden och effekten av infallande ljus.

Forskarna kunde designa och konstruera mer komplexa multiplexfunktioner med 12 kanaler med användning av samma designprinciper därefter. Vektorbilderna betraktades som holografiska rekonstruktioner med input/output -polarisationskombinationerna utvecklade enligt förslaget. Tekniken kan också användas för att kryptera olika bilder på samma rumsliga plats. I kryptering, sådan överlagring kan förmedla en annan betydelse vid rekonstruktion. Som ett exempel, forskarna valde bilden av en matris med sex representativa ytor, och genom att använda olika kombinationer av in/ut polariseringstillstånd, kodade upp till sex bilder för visning.

Multiplexeringsalgoritmen som härletts i studien hjälpte den dynamiska vektoriella holografiska visningen och krypteringen av bilder som är kodade på dubbelsträngade dielektriska metasytor. Genom att använda rätt polarisationstangenter, en mottagare kan få exakt levererad information. Högre flexibilitet kunde uppnås genom att öka bildens komplexitet och ändra krypteringsmediet till titandioxid (TiO ₂ ) eller kiselnitrid (SiN). Den korrekta polarisationskombinationen säkrade informationen för ökad komplexitet under dekryptering.

Multikanalshologramet upprätthöll en relativt stor arbetsbandbredd eftersom de rekonstruerade bilderna kunde observeras bort från den utformade våglängden på 800 nm. Studien fastställde en design- och teknikteknik som kombinerade dubbelbrytande egenskaper hos enkla nanofiner som används som byggstenar, med extra design rotationsfrihetsmatris och smarta multiplexeringsalgoritmer. Resultaten möjliggjorde högdimensionella flerkanaliga polarisationsmultiplexerade hologram, med upp till 12 polariseringskanaler. På det här sättet, effektiv ljusbaserad kryptering och integrerade flerkanaliga holografiska displaytekniker kan bana väg för avancerad kommunikation i applikationer med hög säkerhet.

© 2018 Science X Network