Por primera vez, los investigadores han usado capas ultrafinas de estructuras 2D conocidas como metasuperficies para crear hologramas que puedan medir la polarización de la luz. Los nuevos hologramas de metasuperficie podrían usarse para crear dispositivos muy rápidos y compactos para mediciones de polarización, quese utilizan en aplicaciones de espectroscopía, detección y comunicaciones.
Las metasuperficies son elementos ópticos con características a nanoescala y un grosor total inferior a 1/50 del cabello humano. Pueden fabricarse con técnicas estándar de fabricación de microelectrónica, que permiten la producción en masa, y pueden integrarse fácilmente en una óptica de escala de obleassistemas. A pesar de estas características prometedoras, todavía no se utilizan en muchas aplicaciones prácticas.
adentro óptica , la revista de la Sociedad Óptica para la investigación de alto impacto, un grupo multiinstitucional de investigadores informa que utiliza hologramas de metasuperficie para determinar de manera efectiva y rápida la polarización en el infrarrojo cercano a las longitudes de onda visibles. El nuevo trabajo representa un paso hacia dispositivos funcionales basados en metasuperficie paraadmite una variedad de aplicaciones, desde telecomunicaciones hasta análisis químicos.
"Los hologramas hechos de metasuperficies son una forma eficiente y efectiva de generar imágenes de alta calidad con una resolución de longitud de onda inferior", dijo el líder del equipo de investigación Xueqian Zhang de la Universidad de Tianjin, China. "Nuestro trabajo aplica de manera única hologramas de metasuperficie a las mediciones de polarización, lo que podría permitirdispositivos del tamaño de una cámara que miden la polarización en un solo paso sin partes móviles "
Medición de polarización directamente
Aunque la luz solar y la mayoría de las fuentes de luz domésticas emiten luz no polarizada que oscila en todas las direcciones, los componentes ópticos, como los filtros, pueden usarse para producir luz polarizada que se propaga en un solo plano, generalmente vertical u horizontal. Los instrumentos analíticos, como los espectrómetros, puedenmida cómo cambia la polarización de la luz después de interactuar con un material para determinar sus propiedades físicas. También se pueden usar diferentes polarizaciones de luz para enviar múltiples señales a través de fibras ópticas para aplicaciones de telecomunicaciones.
Los métodos convencionales para determinar la polarización a menudo requieren múltiples mediciones, configuraciones ópticas voluminosas o ajustes precisos de componentes ópticos de alta calidad para determinar indirectamente el estado de polarización. En el nuevo trabajo, los investigadores utilizaron una meta-superficie para determinar la polarización directamente comparando la amplitudy fase de ondas de luz que están polarizadas en ángulo recto con ellas mismas.
La metasuperficie genera dos imágenes holográficas superpuestas, una polarizada circularmente hacia la izquierda LCP y otra polarizada circularmente hacia la derecha RCP. La luz polarizada circularmente presenta un plano de oscilación de campo eléctrico que gira hacia la izquierda o hacia la derechaen un plano perpendicular a la dirección de la onda.
"Las imágenes superpuestas se pueden capturar simple y rápidamente usando una cámara CCD", dijo Zhang.
"Al analizar la interferencia de las dos imágenes holográficas, podemos obtener el contraste de amplitud y la diferencia de fase entre los componentes LCP y RCP del haz incidente, identificando así el estado de polarización".
La clave de la nueva técnica fue un algoritmo llamado Gerchberg-Saxton, que se usa ampliamente en la investigación holográfica. Los investigadores descubrieron cómo modificar este algoritmo para poder identificar la diferencia de fase entre los componentes LCP y RCP dela luz incidente en las imágenes holográficas superpuestas.
Mediciones de polarización efectivas
Los investigadores demostraron su nuevo enfoque holográfico de metasuperficie al usarlo para medir los estados de polarización de haces de luz iluminantes con polarizaciones conocidas. Los estados de polarización medidos coincidían bien con los conocidos, confirmando la efectividad del enfoque. En el futuro, la metasuperficiepodría incorporarse en el área fotosensible de una cámara para hacer un dispositivo compacto para medir la polarización.
La metasuperficie que usaron los investigadores se basa en el método de la fase Pancharatnam-Berry también conocida como fase geométrica, que presenta respuestas de fase relativas que no exhiben ninguna dispersión. Esto permite que los hologramas de la meta-superficie trabajen en un amplio rango de longitudes de onda.
"Nuestro método puede extenderse a muchas aplicaciones potenciales que requieren medición de polarización, como espectroscopía de polarización, detección y comunicaciones", dijo Zhang. "La holografía codificada por polarización también podría usarse para la transmisión de información de seguridad porque solo un receptor que conoce el deseadolos estados de polarización podrían decodificar información de las imágenes holográficas finales "
Ahora que han demostrado el concepto, los investigadores planean mejorar la eficiencia del método y compararán su rendimiento con los instrumentos comerciales convencionales utilizados para medir la polarización.
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Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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