a, Schematisk över den föreslagna allt-i-ett-polarisatorn som kan fungera på en godtycklig position på Poincaré-sfären genom design baserad på en dielektrisk metayta som består av dimeriserade nanopelare, som direkt kan arbeta med opolariserat infallande ljus och generera godtyckliga polarisationstillstånd, inklusive linjär, elliptiska och cirkulära polarisationer, oavsett infallande polariseringstillstånd. b, Poincaré-sfärrepresentation av ett godtyckligt ortogonalt polarisationspar (α, β) (fullständiga röda och blå ellipser) och dess handvändningspar (α*, β*) (streckade röda och blå ellipser). c, Polarisationsomvandlingskoefficienter och PD-spektrum beräknade med de optimerade parametrarna (l1=130 nm, wl=70 nm; l2=150 nm, w2=85 nm) vid en våglängd av 633 nm, vilket ger tα*α=0,93 och tβ*α=tα*β=tβ*β?0. d, Överförda polarisationstillstånd (blå ellipser) när metaytan belystes av en mängd olika infallande polarisationstillstånd (röda kurvor). Histogrammet indikerar transmittansen, som varierade med den infallande polariseringen, medan formen på den blå ellipsen var densamma som den för det designade polarisationstillståndet α* Kredit:Shuai Wang, Zi-Lan Deng, Yujie Wang, Qingbin Zhou, Xiaolei Wang, Yaoyu Cao, Bai-Ou Guan, Shumin Xiao, Xiangping Li
Polarisationskontroll är avgörande för att skräddarsy ljus-materia-interaktioner och är grunden för många applikationer som polarisationsavbildning, olinjär optik, datalagring, och informationsmultiplex. En linjär polarisator, som är ett optiskt polarisationselement som filtrerar en specifik linjär polarisation från opolariserat ljus, spelar en viktig roll i både polarisationsgenerering och manipulation. Dock, genereringen av godtyckliga polarisationstillstånd andra än linjär polarisation kräver vanligtvis kaskadkoppling av flera optiska polarisationselement, inklusive både linjära polarisatorer och vågplattor baserade på anisotropa material eller nanostrukturer, leder till skrymmande optiska system som är långt ifrån den eftertraktade miniatyriseringen och integrationen.
I en ny tidning i Ljusvetenskap och tillämpningar , ett team av forskare, under överinseende av professor Xiangping Li och Zi-Lan Deng från Guangdong Provincial Key Laboratory of Optical Fiber Sensing and Communications, Institutet för fotonikteknik, Jinan University, Kina och kollegor har föreslagit ett effektivt tillvägagångssätt för att uppnå fullständiga Poincaré-sfärpolarisatorer i ett steg genom att utvidga cirkulär omvandlingsdikroism (CCD) till godtycklig polarisationskonverteringsdikroism (APCD) med hjälp av en monolagermetayta.
Genom att använda dimeriserade metamolekyler sammansatta av ett par dubbelbrytande metaatomer med rätt skräddarsydda anisotropa fassvar och relativa orienteringsvinklar, den kollektiva interferensen av fjärrfältstrålning från dessa metaatomer kan kontrolleras för att generera APCD. Detta system kan preferentiellt sända ett polariseringstillstånd som kan placeras i en godtycklig position på en Poincaré-sfär och omvandla den till transmitterat ljus med omvänd hand samtidigt som det helt blockerar det ortogonala polarisationstillståndet. Denna APCD-metayta är kapabel att generera en godtyckligt polariserad stråle som ligger på en godtycklig position på Poincaré-sfären, oavsett ingångspolarisation, och fungerar därmed som en polarisator som kan täcka hela Poincaré-sfären genom design.
I praktiken, vi realiserar en sådan APCD i en helt dielektrisk metasytplattform i det synliga frekvensområdet, manifesterar transmissiv polarisationsdikroism (PD) på nästan 100 % i teorin och mer än 90 % experimentellt. Vi utnyttjar den perfekta PD-funktionen i detta system för att demonstrera godtycklig polarisering, inklusive linjär, cirkulär och elliptisk polarisation, direkt från opolariserat ljus. Denna allt-i-ett metasytepolarisator fungerar som en monolitisk godtycklig polarisationsgenerator, i slutändan lovande miniatyriserade optiska enheter för integrerade nanofotoniska system med avsevärt reducerad komplexitet. Dessa forskare sammanfattar funktionsprincipen för deras Poincaré-sfärpolarisator:
a, Experimentell uppställning för graden av polarisation (DoP) mätning av transmitterat ljus från APCD-metasytor upplysta av en opolariserad LED-källa. b-d, Uppmätt huvudaxelvinkel ψ, ellipticitetsvinkeln χ och DoPs för de transmitterade strålarna genom den designade (b) elliptiska, (c) linjära och (d) cirkulära dikroism-metasytor. De gröna polarisationsellipserna representerar polarisationstillstånd härledda från uppmätta Stokes-parametrar vid 633 nm, som överensstämmer med de simulerade tillstånden (röda pilar). Kredit:Shuai Wang, Zi-Lan Deng, Yujie Wang, Qingbin Zhou, Xiaolei Wang, Yaoyu Cao, Bai-Ou Guan, Shumin Xiao, Xiangping Li
"Vi designar godtyckliga tillståndspolarisatorer baserade på godtycklig polarisationsomvandlingsdikroism utan hänsyn till infallande polarisationer:(1) Analysera Jones-matrisen för den plana metaytan för att realisera godtycklig polarisationskonverteringsdikroism; (2) Applicera Jones-matrisen i diatomisk dielektrisk metayta med noggrant skräddarsydd geometriska parametrar; (3) Demonstrera den genererade polarisationen utan påverkan från ingångsstrålar."
"Dikroismparametern är nära 100 % i simulering och mer än 90 % experimentellt, denna perfekta prestanda gör att den designade metaytan fungerar som polarisator för godtycklig polarisering, även på en opolariserad stråle, " lade de till.
