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Annalen der Physik-可见光段介质超表面器件制备新突破

传统光学器件的尺寸很大,严重限制了其在集成和小型系统中的应用,近年来在纳米光子学领域,超表面器件解决了这个问题。超表面是一种亚波长量级的结构阵列,能够实现光波前的调控,在微波、远、中和近红外波段都产生了很大的作用。目前为止,在实验上观测到了很多奇异的现象,例如异常反射(透射),平板透镜以及计算全息等等,但是这些研究在可见光波段遇到了很大的挑战。在可见光波段,无论是等离子体超表面还是硅基超表面都存在着材料损耗,它们的应用都受到了很大的限制。

研究人员普遍认为采用透明介质材料替代硅或者金属材料是提高效率的一种有效方法,但是这种想法在很长时间内被阻碍在技术实现上。相比于硅,可见光波段的透明材料通常只有较低的折射率,需要用较大的厚度来实现0的相位变换。考虑到其在平面内纳米尺度的几何结构,这类超表面的高宽比通常大于10,很难进行制备。因此,找到一种更高效的方法来降低薄膜厚度并且在可见光段实现宽带高效光的相位控制非常的有意义。


Annalen der Physik-可见光段介质超表面器件制备新突破


最近,哈尔滨工业大学肖淑敏课题组通过实验,在银基底上制备了高宽比只有1-1.5的二氧化钛超表面结构,利用其电磁谐振的性质,实现了可见光波段对正交偏振反射光π的高效率全相位控制,相比之前研究中>10的高宽比有了很大改善,极大地降低了可见光段介质超表面器件的制备难度。此外还通过设计实现了异常反射和宽带全息投影的应用,对红光(632nm)、绿光(520 nm)以及蓝光(445nm)在远场实现了全息投影,分别达到了36.7%24.5%13.9%的衍射效率,甚至在400 nm波长也有很好的效果。该高效全介质超表面的研究未来有望应用于大视场全三维显示、虚拟现实等领域,促进可穿戴显示技术的发展。

相关文章发表在Annalen der PhysikDOI: 10.1002/andp.201700418)上。




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