Au cours des dernières décennies, des avancées significatives ont été réalisées dans le contrôle de la structure de la lumière. Par exemple, en 1979, Berry et ses collègues ont prédit un type de faisceau spécial appelé faisceaux aériens (AB), qui présentent une auto-accélération et une auto-courbure sans diffraction. Et en 1987, J. Durnin a réalisé les faisceaux de Bessel (BB), une solution spéciale à l'équation des ondes capable de supprimer la diffraction. Ces découvertes ont considérablement fait progresser l'optique fondamentale et ses applications.

Cependant, les dispositifs permettant de moduler les champs lumineux non diffractants sont généralement encombrants et présentent des limites telles qu'une faible résolution et une difficulté à coder le profil de phase. Le développement des métasurfaces a apporté de nouveaux changements, utilisant la disposition précise de réseaux d'antennes à l'échelle nanométrique pour miniaturiser les dispositifs optiques et réaliser un contrôle multidimensionnel des champs lumineux grâce à leur biréfringence. Cette technologie est considérée comme un catalyseur clé pour le développement de plates-formes photoniques intégrées de nouvelle génération.

Récemment, notre équipe a fait des progrès dans ce domaine. Nous avons réussi à reconstruire le champ lumineux non diffractant le long du chemin de propagation, en observant la transformation naturelle des faisceaux circulairement aérés (CAB) en BB après propagation sur une distance.

Cette recherche a été rendue possible grâce à notre mécanisme proposé de contrôle de phase local-global conjoint, nous permettant non seulement de moduler le gradient de phase radial, mais également de faciliter le codage de champs optiques non diffractants plus complexes. Les travaux sont publiés dans la revue Laser &Photonics Reviews .

Nous avons décomposé le problème 2D en intégration de fonctions de phase 1D et superposition de fonctions de phase 2D, comme le montre la figure 1b. Nous avons illustré de manière vivante ce processus à l'aide de techniques d'analyse théorique et de traçage de rayons, en le désignant comme les « transformateurs » du domaine optique, comme le montre la figure 2.

Après modulation de la métasurface, la lumière diffusée converge vers des AB clairs, qui se chevauchent pour former des BB non diffractants. De plus, en exploitant le potentiel des nanoantennes triples biréfringentes, nous avons introduit de nouvelles techniques de structuration des champs lumineux, doublant le nombre de types de champs lumineux à six (Figure 3). Enfin, nous avons démontré la haute tolérance de notre appareil aux défauts de fabrication (Figure 4).

En résumé, cette recherche représente non seulement une étape cruciale dans l’utilisation de la lumière non diffractante et l’amélioration de la multifonctionnalité des métasurfaces, mais constitue également une base solide pour l’avancement de plates-formes nano-optiques avancées sur puce et de technologies de fabrication innovantes. Cela a des implications significatives pour le développement du domaine optique, en poussant les performances et les fonctionnalités des dispositifs optiques vers de nouveaux sommets.

Cette histoire fait partie de Science X Dialog, où les chercheurs peuvent rapporter les résultats de leurs articles de recherche publiés. Visitez cette page pour plus d'informations sur Science X Dialog et comment participer.