Schéma de la structure conçue sous éclairage de deux faisceaux OAM avec différents états de polarisation et charges topologiques Crédit :Fu Feng, Guangyuan Si, Changjun Min, Xiaocong Yuan, Michel Somekh
Une structure de nanoréseaux spin-Hall plasmonique qui détecte simultanément les singularités de polarisation et de phase du faisceau incident est rapportée. Le nanoréseau est à rupture de symétrie avec des périodes différentes pour les parties supérieure et inférieure, qui permet l'excitation unidirectionnelle du SPP en fonction de la charge topologique du faisceau incident. En outre, des méta-fentes spin-Hall sont intégrées sur le réseau de sorte que la structure ait une réponse chirale pour la détection de polarisation.
Les singularités optiques sont des éléments clés de l'optique moderne et ont fait l'objet de nombreuses recherches. En particulier, les singularités de phase et de polarisation ont été manipulées dans diverses applications, comme l'imagerie et la métrologie, optique non linéaire, pince à épiler optique, sentir, informations quantiques, et la communication optique. En théorie, les deux singularités peuvent être détectées simultanément si l'on peut détecter la charge topologique et le spin du photon en même temps. Plusieurs méthodes ont été proposées pour détecter la charge topologique de l'OAM ces dernières années, y compris l'holographie, métasurfaces, transformation optique, et circuits photoniques. Cependant, ces méthodes présentent des inconvénients dont la nécessité d'aligner précisément la poutre avec la structure, le besoin de processus de détection complexes, comme la microscopie en champ proche, et les faibles efficacités de diffraction de certains éléments. Ces inconvénients limitent fortement leurs applications dans les nouveaux systèmes optiques à fibres optiques ou dispositifs intégrés sur puce.
Dans un nouvel article publié dans Science de la lumière et applications , une équipe de scientifiques, dirigé par le professeur Changjun Min, Xiaocong Yuan, et Mike Somekh du Centre de recherche en nanophotonique, Laboratoire clé de Shenzhen de technologie de l'information optique à micro-échelle, Université de Shenzhen, Shenzhen, La Chine et ses collaborateurs ont développé un nanoréseau de spin-Hall plasmonique sur puce pour détecter simultanément les singularités de phase et de polarisation. Ils ont conçu une structure de nanoréseau à rupture de symétrie pour lancer de manière unidirectionnelle l'onde SPP en fonction du signe de la charge topologique de l'onde incidente. L'angle de propagation du SPP généré augmente avec la valeur de la charge topologique. La valeur de charge topologique du faisceau incident peut être déterminée avec précision en plaçant un réseau de couplage de sortie des deux côtés du nanoréseau pour coupler l'onde SPP générée au champ lointain et en analysant l'image de microscopie optique en champ lointain. En outre, une structure spin-Hall est intégrée au nanoréseau de sorte que le nanoréseau puisse répondre au spin du faisceau incident. Cette structure combinée couple directionnellement le faisceau OAM incident à différentes positions en fonction de la polarisation et de la charge topologique du faisceau. Il est prouvé expérimentalement que la structure détecte simultanément la singularité de polarisation et la singularité de phase du faisceau CVB incident. Ce dispositif est très prometteur pour réaliser un circuit intégré photonique très compact. Ces scientifiques résument le principe de fonctionnement de leur structure :
"Nous avons conçu une méta-surface basée sur SPP qui peut détecter simultanément les singularités de phase et de polarisation de l'onde incidente dans deux buts :(1) détecter rapidement et simultanément les singularités de phase et de polarisation avec une seule image de prise de vue ; (2) pour permettre la communication optique avec les singularités photoniques des ondes électromagnétiques."
Image optique de l'échantillon sous excitation par ce faisceau CVVB avec l =1 et m =-2 Crédit :Fu Feng, Guangyuan Si, Changjun Min, Xiaocong Yuan, Michel Somekh
"Ce dispositif est très prometteur pour la réalisation d'un circuit intégré photonique très compact. Il a montré un grand potentiel dans les circuits intégrés photoniques à grande échelle et bénéficierait à diverses applications telles que le traitement de l'information optique sur puce et les communications optiques. Nous essayons maintenant d'intégrer une structure de modulation de phase de coupound supplémentaire sur le dispositif pour annuler l'effet de diffraction de l'onde SPP lors de la génération. Cela améliorerait encore la résolution et la limite de détection du système, " ont-ils ajouté.
