北理工提出一種基于多層超穎表面的非互易性非對稱傳輸波前調制方法

  近日,北理工光電學院王涌天教授團隊的黃玲玲教授等人和德國帕德博恩大學的Thomas Zentgraf教授課題組合作,提出了一種基于多層超穎表面的非互易性非對稱傳輸波前調制方法。該項研究成果發表在光學領域著名期刊《Nano Letters》上,題目為Nonreciprocal asymmetric polarization encryption by layered plasmonic metasurfaces。

  超穎表面通常是由亞波長尺寸的金屬或介質納米天線陣列構成,能夠在亞波長尺度對光場的振幅與相位進行調制,且具有極高的靈活性和設計自由度,因而在近些年來成為了一個前沿熱點領域。超穎表面在微納全息,數據存儲,光束整形,偏振控制等領域都具有很大的潛力,故而引起了研究人員的廣泛關注。作為一種二維平面結構,超穎表面在光波傳播方向上的非對稱性較低,通常遵循互易性定理。因此,在單層超穎表面光學系統中,背向傳播時的透射率往往是與正向相同的,這嚴重限制了超穎表面在通信系統和非互易光子器件中的應用。近些年來,為了提高偏振轉換效率或實現特定偏振狀態下的非對稱傳輸特性,多層的級聯超穎表面系統被提出。但這些方法通常僅針對出射光波的強度調制情況,這大大限制了這些多層超穎表面的功能應用。

  針對這一問題,黃玲玲、王涌天教授團隊和德國Zentgraf教授合作,提出了一種基于多層超穎表面的非互易非對稱傳輸波前調制方法,該方法使用級聯的金屬L形納米天線與金屬偶聯極子天線作為基礎結構單元,打破了沿光波傳播方向上的空間對稱性,能夠使光學系統在正向和背向傳播時根據不同的正交偏振信道表現出不同的波前調制特性,并在獲得非互易非對稱傳輸特性的同時實現0到2π的全范圍相位調制。將全息圖編碼到所述的多層超穎表面中,即能夠實現與傳播方向相結合的偏振加密全息顯示,使全息圖的再現像只能在特定的偏振和傳輸方向對應的加密通道中觀察到,提供更高的加密維度。這種基于多層超穎表面的非互易性非對稱傳輸波前調制方法可以在全息顯示、信息處理、圖像加密和防偽相關的前沿應用中發揮重要作用?!?/p>

  文章鏈接: Nonreciprocal asymmetric polarization encryption by layered plasmonic metasurfaces, Nano letters (2019). DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b01298

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