Vi presenterer en protokoll for fabrikasjon av spin- og retning-multipleksed synlige metaholograms, og deretter gjennomføre et optisk eksperiment for å verifisere deres funksjon. Disse metaholograms kan enkelt visualisere kodet informasjon, slik at de kan brukes til prosjektiv volumetrisk visning og informasjonskryptering.
Den optiske holografiteknikken realisert av metaoverflater har dukket opp som en ny tilnærming til prosjektiv volumetrisk skjerm og informasjonskrypteringsskjerm i form av ultratynne og nesten flate optiske enheter. Sammenlignet med den konvensjonelle holografiske teknikken med romlige lysmodulatorer, har metahologrammet mange fordeler som miniatyrisering av optisk oppsett, høyere bildeoppløsning og større synsfelt for holografiske bilder. Her rapporteres en protokoll for fabrikasjon og optisk karakterisering av optiske metahologrammer som er følsomme for spinn og retning av hendelseslys. Metasurfaces består av hydrogenert amorfe silisium (a-Si: H), som har stor brytningsindeks og liten utryddelseskoeffisient i hele det synlige området som resulterer i høy overførings- og diffraksjonseffektivitet. Enheten produserer forskjellige holografiske bilder når spin eller retning av hendelseslyset er slått. Derfor kan de kode flere typer visuell informasjon samtidig. Fabrikasjonsprotokollen består av filmdeponering, elektronstråleskriving og påfølgende etsning. Den fabrikkerte enheten kan karakteriseres ved hjelp av et tilpasset optisk oppsett som består av en laser, en lineær polarisator, en kvart bølgeplate, et objektiv og en ladet enhet (CCD).
Optiske metaoverflater bestående av nanostrukturer under bølgelengde har gjort det mulig for mange interessante optiske fenomener, inkludert optisk maskering1,negativ brytning2,perfektlysabsorpsjon 3,fargefiltrering4,holografisk bildeprojeksjon5ogstrålemanipulering 6,,7,,8. Optiske metaoverflater som har riktig utformede scatteres kan modulere spekteret, bølgefronten og polariseringen av lys. Tidlige optiske metaoverflater ble hovedsakelig fabrikkert ved hjelp av edle metaller (f.eks Au, Ag) på grunn av deres høye reflektivitet og enkel nanofabrikasjon, men de har høye Ohmic-tap, slik at metaflatene har lav effektivitet ved korte synlige bølgelengder.
Utvikling av nanofabrikasjonsteknikker for dielektriske materialer som har lave tap i synlig lys (f.eks. TiO29,GaN10og a-Si:H11) har aktivert realisering av svært effektive flate optiske enheter med optiske metaoverflater. Disse enhetene har applikasjoner innen optikk og engineering. En spennende applikasjon er optisk holografi for prosjektiv volumetrisk skjerm og informasjonskryptering. Sammenlignet med konvensjonelle hologrammer som bruker romlige lysmodulatorer, har metahologramet mange fordeler som miniatyrisering av optisk oppsett, høyere oppløsning av holografiske bilder og større synsfelt.
Nylig har koding av flere holografiske opplysninger i en enlags metahologramenhet blitt oppnådd. Eksempler inkluderer metaholograms som er multipleksed i spinn12,13, orbital kantete momentum14, hendelsen lys vinkel15, og retning16. Disse tiltakene har overvunnet den kritiske mangelen på metaholograms, som er mangel på designfrihet i en enkelt enhet. De fleste konvensjonelle metaholograms kunne bare produsere enkelt kodede holografiske bilder, men multipleksede enheter kan kode flere holografiske bilder i sanntid. Derfor er multipleksed metahologram en avgjørende løsningsplattform mot ekte holografisk videoskjerm eller multifunksjonelle anticounterfeiting hologrammer.
Rapportert her er protokoller for å fremstille spin- og retning-multipleksede all-dielektriske synlige metaholograms, deretter å optisk karakterisere dem13,16. For å kode flere visuelle opplysninger i en enkelt metasurface enhet, metaholograms er utformet som viser to forskjellige holografiske bilder når spinn eller retning av hendelsen lys endres. For å fremstille svært effektive holografiske bilder på en måte som kan sammenlignes med CMOS-teknologi, brukes a-Si:H til metaoverflatene og doble magnetiske resonanser og antiferromagnetiske resonanser indusert inne i dem utnyttes. Fabrikasjonsprotokollen består av filmdeponering, elektronstråleskriving og etsning. Den fabrikkerte enheten er preget ved hjelp av et tilpasset optisk oppsett bestående av en laser, en lineær polarisator, en kvart bølgeplate, et objektiv og en lade-skrevet enhet (CCD).
A-Si:H-metaoverflatene ble fabrikkert i tre hovedtrinn: a-Si:H tynnfilmavsetning ved hjelp av PECVD, presis EBL og tørr etsning. Blant disse trinnene er EBL-skriveprosessen det viktigste. For det første er mønstertettheten på metaoverflatene ganske høy, så prosessen krever nøyaktig kontroll over elektrondosen (energi) og skanneparametere som antall prikker per enhetsområde. Utviklingstilstanden bør også velges nøye. Tettheten av mønsteret er svært høy, så når utviklingsprosessen gjøres øyeblikkelig, er …
The authors have nothing to disclose.
Dette arbeidet ble økonomisk støttet av National Research Foundation (NRF) tilskudd (NRF-2019R1A2C3003129, CAMM-2019M3A6B3030637, NRF-2019R1A5A8080290) finansiert av Departementet for vitenskap og IKT av den koreanske regjeringen. I.K. anerkjenner NRF Global Ph.D. fellowship (NRF-2016H1A2A1906519) finansiert av Kunnskapsdepartementet i den koreanske regjeringen.
Aceton | J.T. Baker | 925402 | |
Beam splitter | Thorlabs | CCM1-BS013/M | |
Chromium etchant | KMG | Cr-7 | |
Chromium evaporation source | Kurt J. Lesker | EVMCR35D | |
Clamp | Thorlabs | CP175 | |
Conducting polymer | Showa denko | E-spacer | |
Diode laser | Thorlabs | CPS635 | |
E-beam evaporation system | Korea Vacuum Tech | KVE-E4000 | |
E-beam resist | Microchem | 495 PMMA A2 | |
Electron beam lithography | Elionix | ELS-7800 | |
Half-wave plate | Thorlabs | AHWP05M-600 | |
Inductively-coupled plasma reactive ion etching | DMS | – | |
Iris | Thorlabs | SM1D12 | |
Isopropyl alcohol | J.T. Baker | 909502 | |
Kinematic mirror mount | Thorlabs | KM100/M | |
Lens | Thorlabs | LB1630 | |
Lens Mount | Thorlabs | LMR2/M | |
Linear polarizer | Thorlabs | GTH5-A | |
Mirror | Thorlabs | PF10-03-G01 | |
Neutral density filter | Thorlabs | NDC-50C-4 | |
Plasma enhanced chemical vapor deposition | BMR Technology | HiDep-SC | |
Post | Thorlabs | TR75/M | |
Post holder | Thorlabs | PH75E/M | |
Quarter-wave plate | Thorlabs | AQWP10M-580 | |
Resist developer | Microchem | MIBK:IPA=1:3 | |
Rotational mount | Thorlabs | RSP1/M | |
Scanning electron microscopy | Hitachi | Regulus8100 | |
XY translation mount | Thorlabs | XYF1/M | |
1-inch adapter | Thorlabs | AD11F | |
1-inch lens mount | Thorlabs | CP02/M |