une, Schéma du polariseur tout-en-un proposé qui peut fonctionner à une position arbitraire sur la sphère de Poincaré par conception basée sur une métasurface diélectrique composée de nanopiliers dimérisés, qui peut fonctionner directement avec une lumière incidente non polarisée et générer des états de polarisation arbitraires, y compris linéaire, polarisations elliptiques et circulaires, quel que soit l'état de polarisation incident. b, Représentation en sphère de Poincaré d'un couple arbitraire de polarisation orthogonale (α, β) (ellipses rouges et bleues pleines) et sa paire inversée (α*, β*) (ellipses rouges et bleues en pointillés). c, Coefficients de conversion de polarisation et spectre PD calculés avec les paramètres optimisés (l1=130 nm, w1=70 nm; l2=150 nm, w2=85 nm) à une longueur d'onde de 633 nm, ce qui donne tα*α=0.93 et tβ*α=tα*β=tβ*β?0. ré, États de polarisation transmis (ellipses bleues) lorsque la métasurface était illuminée par une variété d'états de polarisation incidents différents (courbes rouges). L'histogramme indique la transmittance, qui variait avec la polarisation incidente, tandis que la forme de l'ellipse bleue était la même que celle de l'état de polarisation conçu α* Crédit :Shuai Wang, Zi-Lan Deng, Yujie Wang, Qingbin Zhou, Xiaolei Wang, Yaoyu Cao, Bai-Ou Guan, Shumin Xiao, Xiangping Li
Le contrôle de la polarisation est essentiel pour adapter les interactions lumière-matière et constitue la base de nombreuses applications telles que l'imagerie de polarisation, optique non linéaire, stockage de données, et le multiplexage de l'information. Un polariseur linéaire, qui est un élément optique de polarisation qui filtre une polarisation linéaire spécifique de la lumière non polarisée, joue un rôle important dans la génération et la manipulation de la polarisation. Cependant, la génération d'états de polarisation arbitraires autres que la polarisation linéaire nécessite généralement la mise en cascade de plusieurs éléments de polarisation optique, incluant à la fois des polariseurs linéaires et des lames d'ondes à base de matériaux anisotropes ou de nanostructures, conduisant à des systèmes optiques encombrants qui sont loin de la miniaturisation et de l'intégration tant recherchées.
Dans un nouveau papier en Science de la lumière et applications , une équipe de scientifiques, supervisé par les professeurs Xiangping Li et Zi-Lan Deng du laboratoire clé provincial du Guangdong pour la détection et les communications par fibre optique, Institut de technologie photonique, Université de Jinan, La Chine et ses collaborateurs ont proposé une approche efficace pour obtenir des polariseurs de sphère de Poincaré complets en une seule étape en étendant le dichroïsme de conversion circulaire (CCD) au dichroïsme de conversion de polarisation arbitraire (APCD) au moyen d'une métasurface monocouche.
En utilisant des méta-molécules dimérisées composées d'une paire de méta-atomes biréfringents avec des réponses de phase anisotropes correctement adaptées et des angles d'orientation relatifs, l'interférence collective du rayonnement en champ lointain de ces méta-atomes peut être contrôlée pour générer de l'APCD. Ce système est capable de transmettre préférentiellement un état de polarisation qui peut être localisé à une position arbitraire sur une sphère de Poincaré et de le convertir en lumière transmise avec la main inversée tout en bloquant complètement l'état de polarisation orthogonal. Cette métasurface APCD est capable de générer un faisceau polarisé arbitrairement situé à une position arbitraire sur la sphère de Poincaré, indépendamment de la polarisation d'entrée, et agit ainsi comme un polariseur pouvant couvrir toute la sphère de Poincaré par conception.
En pratique, nous réalisons un tel APCD dans une plateforme de métasurface tout diélectrique dans la gamme de fréquence visible, manifestant un dichroïsme transmissif de polarisation (PD) de près de 100 % en théorie et supérieur à 90 % expérimentalement. Nous exploitons la fonctionnalité PD parfaite de ce système pour démontrer une polarisation arbitraire, y compris linéaire, polarisation circulaire et elliptique, directement de la lumière non polarisée. Ce polariseur de métasurface tout-en-un sert de générateur de polarisation arbitraire monolithique, dispositifs optiques miniaturisés finalement prometteurs pour les systèmes nanophotoniques intégrés avec une complexité considérablement réduite. Ces scientifiques résument le principe de fonctionnement de leur polariseur à sphère de Poincaré :
une, Installation expérimentale pour la mesure du degré de polarisation (DoP) de la lumière transmise à partir des métasurfaces APCD éclairées par une source LED non polarisée. bd, Angle de l'axe principal mesuré , angle d'ellipticité et DoP des faisceaux transmis à travers l'elliptique conçu (b), (c) métasurfaces de dichroïsme linéaire et (d) circulaire. Les ellipses de polarisation vertes représentent les états de polarisation dérivés des paramètres de Stokes mesurés à 633 nm, qui sont cohérents avec les états simulés (flèches rouges). Crédit :Shuai Wang, Zi-Lan Deng, Yujie Wang, Qingbin Zhou, Xiaolei Wang, Yaoyu Cao, Bai-Ou Guan, Shumin Xiao, Xiangping Li
"Nous concevons des polariseurs à états arbitraires basés sur un dichroïsme de conversion de polarisation arbitraire sans tenir compte des polarisations incidentes :(1) Analyse de la matrice de Jones de la métasurface plane en réalisant le dichroïsme de conversion de polarisation arbitraire ; (2) Application de la matrice de Jones dans une métasurface diélectrique diatomique avec une paramètres géométriques ; (3) Démonstration de la polarisation générée sans influences des faisceaux d'entrée."
"Le paramètre de dichroïsme est proche de 100% en simulation et supérieur à 90% expérimentalement, cette performance parfaite fait que la métasurface conçue fonctionne comme polariseur pour une polarisation arbitraire, même sur un faisceau non polarisé, " ont-ils ajouté.
