超薄超表面可实现高效矢量全息术
发布时间:2025-08-26 17:19:55 阅读数: 212


不同矢量全息图的实验演示。待重建的目标全息图像:(a) 矢量时钟;(g) 矢量花朵;(m) 矢量飞鸟。线段和圆圈表示图像的局部偏振状态。图 (b)、(h) 和 (n) 分别展示了三个制备的元全息图样品在 1064 nm 左旋圆偏振 (LCP) 光照射下实验观察到的图案。图 (c)-(f)、(il) 和 (o)-(r) 分别展示了三个元全息图样品在 1064 nm 左旋圆偏振 (LCP) 光照射下,在电荷耦合器件前方以不同角度放置可旋转偏振器后,偏振滤波后的图案。
全息术——一门记录和重建光场的科学——长期以来一直是成像、数据存储和加密的核心。然而,传统的全息系统依赖于庞大的光学装置和干涉实验,这使得它们不适用于紧凑型或集成式设备。诸如Gerchberg-Saxton (GS) 算法之类的计算方法通过消除对物理干涉图案的需求,简化了全息图的设计,但这些方法通?;岵哂芯绕竦谋炅咳⑼?,从而限制了可编码的信息量。
为了克服这些局限性,香港科技大学、复旦大学和香港大学的研究人员开发了一种通用的矢量全息技术——利用超薄超表面生成同时编码强度和偏振的全息图。据《先进光子学》报道,??该方法可在任意入射偏振条件下工作,并能生成具有空间变化偏振态的复杂图像,从而显著扩展全息图的信息容量。
研究团队通过将GS算法与波分解技术相结合,计算每个元原子(超表面的构成单元)所需的散射特性,实现了这一目标。这些元原子基于金属-绝缘体-金属结构,经过精心设计,可以控制相位和偏振转换。
通过调整几何参数和旋转角度,研究人员利用结构共振和Pancharatnam-Berry相位,实现了对反射相位和偏振态的精确控制。这种方法可以设计出超?。ㄔ嘉ぷ鞑ǔさ乃姆种唬┣医舸盏某砻妫境叽缧∮?00×200μm2,使其成为片上集成的理想选择。

基于高效矢量元全息图的片上成像。
为了验证这一概念,该团队利用电子束光刻技术制作了超表面,并在1064纳米的近红外光下进行了测试。他们创建了两组矢量全息图:一组以旋转对称性为基准,另一组则具有复杂的非对称图案,包括时钟、花朵和飞鸟。
每幅图像在不同区域呈现出不同的偏振状态,当通过旋转偏振器观察时,图案呈现出动态变化,随着不同部分的出现或消失,有效地“讲述故事”。这一特性预示着其在光学加密和防伪领域的潜在应用。重要的是,这些超表面实现了高效率,其中一个器件的效率达到近68%,超越了之前的矢量全息系统。
这项工作提出了一个多功能平台,用于实现高效、偏振无关的矢量全息术。其超薄设计以及与片上光子学的兼容性使其在安全数据存储、下一代防伪技术和集成光学系统等应用领域前景广阔。该方法也适用于其他波长范围和透射模式,并且未来的改进(例如使用介电材料)可以进一步提升性能。