Vi presenterar ett protokoll för tillverkning av spinn- och riktning-multiplexed synliga metahologram, sedan genomföra ett optiskt experiment för att verifiera deras funktion. Dessa metahologram kan enkelt visualisera kodad information, så att de kan användas för projektiv volymetrisk visning och informationskryptering.
Den optiska holografitekniken som realiseras av metaytor har vuxit fram som en ny metod för projektiv volymetrisk display och informationskrypteringsdisplay i form av ultratunna och nästan platta optiska enheter. Jämfört med den konventionella holografiska tekniken med spatiala ljusmodulatorer har metahologrammet talrika fördelar som miniatyrisering av optisk uppställning, högre bildupplösning och större synbarhetsfält för holografiska bilder. Här rapporteras ett protokoll för tillverkning och optisk karakterisering av optiska metahologram som är känsliga för rotation och riktning av infallande ljus. Metaytorna består av hydrogenerad amorft kisel (a-Si:H), som har stort brytningsindex och liten extinktionskoefficient i hela det synliga området vilket resulterar i hög transmittans och diffraktionseffektivitet. Enheten producerar olika holografiska bilder när snurra eller riktning av infallande ljus är strömkopplade. Därför kan de koda flera typer av visuell information samtidigt. Fabricationsprotokollet består av filmdeposition, elektronstråleskrivning och efterföljande etsning. Den fabricerade enheten kan karakteriseras med hjälp av en anpassad optisk setup som består av en laser, en linjär polarisator, en fjärdedel vågplatta, en lins och en laddning-kopplade enhet (CCD).
Optiska metaytor som består av sub-våglängd nanostrukturer har möjliggjort många intressanta optiska fenomen, inklusive optisk cloaking1, negativ refraktion2, perfekt ljus absorption3, färgfiltrering4, holografisk bildprojektion5, och strålen manipulation6,7,8. Optiska metaytor som har lämpligt utformade scatterers kan modulera spektrum, vågfront och polarisering av ljus. Tidiga optiska metaytor tillverkades huvudsakligen med hjälp av ädla metaller (t.ex., Au, Ag) på grund av deras höga reflektionsförmåga och lätthet av nanofabricering, men de har höga Ohmic förluster, så metaytorna har låg effektivitet vid korta synliga våglängder.
Utveckling av nanofabriceringstekniker för dielektriska material som har låga förluster i synligt ljus (t.ex. TiO29, GaN10, och a-Si:H11) har möjliggjort förverkligande av högeffektiva platta optiska enheter med optiska metaytor. Dessa enheter har tillämpningar inom optik och teknik. En spännande applikation är optisk holografi för projektiv volymetrisk display och informationskryptering. Jämfört med konventionella hologram som använder spatial ljusmodulatorer, metahologrammet har många fördelar såsom miniatyrisering av optiska setup, högre upplösning av holografiska bilder och större fält av synlighet.
Nyligen har encoding av flera holografisk information i en enda lager metahologram enhet uppnåtts. Exempel är metahologram som är multiplexerade i spinn12,13, orbital rörelsemängdsmoment14, infallandeljusvinkel 15och riktning16. Dessa ansträngningar har övervunnit den kritiska bristen på metahologram, vilket är en brist på designfrihet i en enda enhet. De flesta konventionella metahologram kunde bara producera enstaka kodade holografiska bilder, men multiplexerad enhet kan koda flera holografiska bilder i realtid. Därav, multiplexed metahologram är en avgörande lösning plattform mot verkliga holografisk video display eller multifunktionella anticounterfeiting hologram.
Rapporteras här är protokoll för att fabricera spin- och riktning-multiplexed all-dielektriska synliga metahologram, sedan att optiskt karakteriseradem 13,16. För att koda flera visuella information i en enda metayta enhet, metahologram är utformade som visar två olika holografiska bilder när snurra eller riktning infallande ljus ändras. För att fabricera högeffektiva holografiska bilder på ett sätt som är jämförbart med CMOS-tekniken, används a-Si:H för metaytorna och dubbla magnetiska resonanser och antiferromagnetiska resonanser som induceras inuti dem utnyttjas. Tillverkningsprotokollet består av filmdeposition, elektronstrålesskrivande och etsning. Den fabricerade enheten kännetecknas med hjälp av en anpassad optisk setup består av en laser, en linjär polarisator, en fjärdedel waveplate, en lins och en laddning-kopplade enhet (CCD).
Den a-Si:H metaytor var fabricerade i tre stora steg: a-Si: H tunn film nedfall med hjälp av PECVD, exakt EBL, och torr etsning. Bland dessa steg är EBL-skrivprocessen den viktigaste. Först är mönstertätheten på metaytor ganska hög, så processen kräver exakt kontroll över elektrondosen (energi) och skanningsparametrar som antal punkter per enhetsområde. Utvecklingsvillkoret bör också väljas noggrant. Mönstrets täthet är mycket hög, så när utvecklingsprocessen görs omedelbart definieras inte de nanor…
The authors have nothing to disclose.
Detta arbete fick ekonomiskt stöd av National Research Foundation (NRF) bidrag (NRF-2019R1A2C3003129, CAMM-2019M3A6B3030637, NRF-2019R1A5A8080290) som finansieras av ministeriet för vetenskap och ICT av den koreanska regeringen. I.K. erkänner NRF Global Ph.D. fellowship (NRF-2016H1A2A1906519) som finansieras av undervisningsministeriet i den koreanska regeringen.
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 |