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片上自旋霍尔纳米光栅 可同时检测相位和极化奇异性

据报道,等离子体等离子体自旋霍尔纳米光栅结构可同时检测入射光束的偏振和相位奇异性。纳米光栅在上部和下部具有不同周期的对称性破坏,这使得能够根据入射光束的拓扑电荷对SPP进行单向激发。此外,自旋霍尔元狭缝集成在光栅上,因此该结构具有用于偏振检测的手性响应。

光学奇异性是现代光学中的关键要素,已经得到了广泛的研究。特别地,已经在各种应用中操纵了相位和偏振奇异性,例如成像和计量学,非线性光学,光镊,传感,量子信息和光通信。从理论上讲,如果可以同时检测拓扑电荷和光子自旋,则可以同时检测到这两个奇点。近年来,已经提出了几种方法来检测OAM的拓扑电荷,包括全息图,超表面,光学变换和光子电路。但是,这些方法的缺点包括需要对准光束正是由于结构的原因,需要复杂的检测过程(例如近场显微镜)以及某些元素的衍射效率低。这些缺点极大地限制了它们在具有光纤或集成芯片上设备的新光学系统中的应用。

在《光科学与应用》上发表的一篇新论文中由深圳大学纳米光子学研究中心,深圳微尺度光信息技术重点实验室,纳米光子学研究中心的闵昌俊教授,袁小聪教授和Mike Somekh领导的一个科学家团队,他们的同事已经开发了一个芯片等离子体自旋霍尔纳米光栅,可同时检测相位和极化奇异点。他们首先设计了一种破坏对称性的纳米光栅结构,以根据入射波的拓扑电荷的符号单向发射SPP波。生成的SPP的传播角度随拓扑电荷的值而增加。通过在纳米光栅的两侧放置输出耦合光栅以将生成的SPP波耦合到远场并分析远场光学显微镜图像,可以准确确定入射光束的拓扑电荷值。另外,自旋霍尔结构被集成到纳米光栅上,使得纳米光栅可以响应入射光束的旋转。这种组合的结构根据光束的偏振和拓扑电荷将入射的OAM光束定向耦合到不同的位置。实验证明,该结构可同时检测入射CVB光束的偏振奇异性和相位奇异性。该器件对于实现高度紧凑的光子集成电路非常有前途。

“我们设计了一种基于SPP的元表面,可以同时检测入射波的相位和极化奇异性,同时实现两个目的:(1)用单个拍摄图像快速并同时检测相位和极化奇异性;(2)能够与电磁波的光子奇点进行光通信。”

样品在此激发下的光学图像,其中l = 1,m = -2的CVVB光束来源:付峰,司光远,闵昌俊,袁小聪,Michael Somekh

“该器件在实现高度紧凑的光子集成电路方面非常有前途。它在大规模光子集成电路中显示出巨大的潜力,并将使光学片上信息处理和光通信等各种应用受益。我们现在正在努力整合在器件上增加了一个附加的共耦合相位调制结构,以消除生成过程中SPP波的衍射效应。这将进一步提高系统的分辨率和检测极限。

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