Demonstração de Metahologramas visíveis all-dielectric all-dielectric de spin-multiplexed e de direção

Inki Kim; Dasol Lee; Junsuk Rho

doi:10.3791/61334

Artigo de método

Demonstração de Metahologramas visíveis all-dielectric all-dielectric de spin-multiplexed e de direção

DOI:

10.3791/61334

⸱

25 de setembro de 2020

Inki Kim¹ , Dasol Lee¹ , Junsuk Rho¹^,²

¹Department of Mechanical Engineering, Pohang University of Science and Technology (POSTECH), ²Department of Chemical Engineering, Pohang University of Science and Technology (POSTECH)

Neste artigo

Resumo

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Apresentamos um protocolo para fabricação de metahologramas visíveis de spin e direção multiplexada e, em seguida, realizamos um experimento óptico para verificar sua função. Esses metahologramas podem visualizar facilmente informações codificadas, para que possam ser usadas para exibição volutiva projetiva e criptografia de informações.

Resumo

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A técnica óptica de holografia realizada por metasuperfícies surgiu como uma nova abordagem para exibição volutiva projetiva e exibição de criptografia de informações na forma de dispositivos ópticos ultrathin e quase planos. Comparado à técnica holográfica convencional com moduladores de luz espacial, o metaholograma tem inúmeras vantagens como miniaturização da configuração óptica, maior resolução de imagem e maior campo de visibilidade para imagens holográficas. Aqui, é relatado um protocolo para a fabricação e caracterização óptica de metahologramas ópticos sensíveis ao giro e à direção da luz incidente. As metasuperfícies são compostas de silício amorfo hidrogenado (a-Si:H), que possui grande índice de refração e pequeno coeficiente de extinção em toda a faixa visível, resultando em alta transmissão e eficiência de difração. O dispositivo produz diferentes imagens holográficas quando o giro ou direção da luz incidente são comutadas. Portanto, eles podem codificar vários tipos de informações visuais simultaneamente. O protocolo de fabricação consiste em deposição de filme, escrita de feixe de elétrons e gravação subsequente. O dispositivo fabricado pode ser caracterizado usando uma configuração óptica personalizada que consiste em um laser, um polarizador linear, uma placa de onda de quarto, uma lente e um dispositivo acoplado por carga (CCD).

Introdução

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Metasuperfícies ópticas compostas por nanoestruturas de comprimento de onda sub-ondas permitiram muitos fenômenos ópticos interessantes, incluindo camuflagem óptica^1,refração negativa^2,absorção perfeita de luz^3,filtragem de cores^4,projeção de imagem holográfica⁵e manipulação de feixe^6,^,^7,^,⁸. Metasuperfícies ópticas que tenham dispersores apropriadamente projetados podem modular o espectro, a frente de onda e a polarização da luz. As metásperas ópticas primit....

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Protocolo

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1. Fabricação de dispositivos

NOTA: A Figura 1 mostra o processo de fabricação de metasuperfícies a-Si:H¹⁷.

Prepare uma peça de wafer de sílica fundida (tamanho = 2 cm x 2 cm, espessura = 500 μm) como substrato. Enxágüe o substrato com acetona e álcool isopropílico (IPA) e, em seguida, sopre gás nitrogênio sobre o substrato para secá-lo.
Deposite uma película a-Si:H de 380 nm de espessura no substrato usando a deposição de vapor químico aprimorada por plasma (PECVD) com as seguintes configurações: temperatura da câmara = 300 °C; energia de radiofrequência = 800 W; tax....

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Resultados

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As metasuperfícies a-Si:H permitem alta eficiência de polarização cruzada e podem ser fabricadas usando um método (Figura 1) compatível com CMOS; essa característica pode permitir a fabricação escalável e a comercialização em um futuro próximo. A imagem SEM mostra as metasuperfícies fabricadas a-Si:H(Figura 2). Além disso, a-Si:H tem um índice de refração maior que o TiO₂e o GaN, por isso, mesmo com nanoestrutura de proporção baixa de cerca de 4,7, u.......

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Discussão

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As metasuperfícies a-Si:H foram fabricadas em três passos principais: deposição de filme fino a-Si:H usando PECVD, EBL preciso e gravura seca. Entre essas etapas, o processo de escrita da EBL é o mais importante. Primeiro, a densidade padrão em metasuperfícies é bastante alta, de modo que o processo requer controle preciso sobre a dose de elétrons (energia) e parâmetros de varredura, como número de pontos por unidade área. A condição de desenvolvimento também deve ser escolhida cuidadosamente. A densidade do padrão é mui.......

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Agradecimentos

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Este trabalho foi apoiado financeiramente pelas bolsas da Fundação Nacional de Pesquisa (NRF-2019R1A2C3003129, CAMM-2019M3A6B3030637, NRF-2019R1A5A8080290) financiadas pelo Ministério da Ciência e ICT do governo coreano. I.K. reconhece a bolsa de doutorado global da NRF (NRF-2016H1A2A1906519) financiada pelo Ministério da Educação do governo coreano.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
Nome	Empresa	Número de catálogo
Aceton	J.T. Baker	925402
Divisor de feixe	Thorlabs	CCM1-BS013/M
Corrosão de cromo	KMG	Cr-7
Fonte de evaporação de cromo	Kurt J. Lesker	EVMCR35D
Clamp	Thorlabs	CP175
Polímero condutor	Showa denko	E-spacer
Laser de diodo	Thorlabs	CPS635
Sistema de evaporação de feixe E	Coréia Tecnologia de vácuo	KVE-E4000
Feixe E resiste	Microchem	495 PMMA A2
Litografia de feixe de elétrons	Elionix	ELS-7800
Placa de meia onda	Thorlabs	AHWP05M-600
Plasma indutivamente acoplado reativo gravação iônica		DMS-Iris
	Thorlabs	SM1D12
Álcool isopropílico	J.T. Baker	909502
Montagem de espelho cinemática	Thorlabs	KM100/M
Lente	Thorlabs	LB1630
Montagem de lente	Thorlabs	LMR2/M
Polarizador linear	Thorlabs	GTH5-A
Espelho	Thorlabs	PF10-03-G01
Filtro de densidade neutra	Thorlabs	NDC-50C-4
Deposição de vapor químico aprimorada por plasma	Tecnologia BMR	HiDep-SC
Post	Thorlabs	TR75/M
Suporte de poste	Thorlabs	PH75E/M
Placa	de quarto de ondaThorlabs	AQWP10M-580
Resist revelador	Microchem	MIBK:IPA=1:3
Montagem rotacional	Thorlabs	RSP1/M
Microscopia eletrônica de varredura	Hitachi	Regulus8100
XY Montagem de tradução	Thorlabs	XYF1/M
Adaptador de 1 polegada	Thorlabs	AD11F
1- montagem de lente em polegadas	Thorlabs	CP02/M

Referências

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ni, X., Wong, Z. J., Mrejen, M., Wang, Y., Zhang, X. An ultrathin invisibility skin cloak for visible light. Science. 349 (6254), 1310-1314 (2015).
Valentine, J., et al. Three-dimensional optical metamaterials with a negative refractive index. Nature. 455 (7211),....

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Metahologram Fabrication Spin Multiplexing Direction Multiplexing All Dielectric Metasurfaces Hydrogenated Amorphous Silicon Electron Beam Writing Optical Characterization Charge Coupled Device Scanning Electron Microscopy Circularly Polarized Light

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