הפגנה של יצירת קרן שוות-עוצמה על-ידי מטאספנים דיאלקטרי

מטאסורפנים המורכב ממערכים בעלי שני מימדים של אנטנת משנה הפגינו מספר רב של פונקציות אופטיות מבטיחות, כגון עדשות אכרומטי^1,2, הולוגרמות^{3,4,5 ,6}, וגלימות אופטיות⁷. רכיבים אופטיים מגושם קונבנציונלי ניתן להחליף עם פרצופים מטאסליים באולטרסאונד תוך שמירה על הפונקציות המקוריות. לדוגמה, מפצל קרן הוא מכשיר אופטי המשמש להפרדת קרן אירוע לשתי קורות. מפצלי הקרן האופייני מורכב משילוב של שתי מנסרות משולשים. מאחר שמאפייני הממשק שלהם קובעים את מאפייני הקרן, קשה להקטין את הגודל הפיזי ללא השפלה פונקציונלית. מצד שני, ניתן להבין מפצלי קרן דק במיוחד עם פנים מטאסורדיות עם מעבר חד-מימדי לינארי מדרגה^8,9. העובי של פאות מתכת הוא פחות מאורכי גל העבודה שלהם, ומאפייני הפרדה יכולים להיות נשלטים על ידי התפלגות הפאזה.

עיצבנו מפצל קרן מטאסארפנים שיכול ליצור קורות שוות עוצמה ללא קשר למקרה של האירוע הפולריזציה¹⁰. מאפיין זה מגיע מהולוגרמה פורייה. בשל הדימוי של שני כתמים לבנים על רקע שחור, הולוגרמה שנוצרה מפני הmetasurface זהה לתמונה המקודד. להולוגרמה פורייה אין אורך מוקד ספציפי, כך שניתן לצפות בדימוי המקודד במרחב כולו שמאחורי הפנים המטורבית¹¹. אם אותה תמונה של שתי הדקות נוצרת מאחורי הפאה, היא פועלת גם כמפצל אלומות. ההולוגרמה פורייה על ידי מטאסורהפנים יוצרת דימוי הפוך, המכונה דמות תאומה, ביחס למדינות הפולריזציה האורתוגונאליות. התמונה התאומה נחשבת בדרך כלל לרעש. עם זאת, התמונה שתי הנקודה מקודד בפנים metasurface זה הוא מקור סימטרי, וכתוצאה מכך חפיפה מושלמת של תמונות המקורי והתאום. כיוון שכל מדינות פולריזציה יכולות להיות מיוצגות על-ידי שילוב ליניארי של הקיטוב הימני (RCP) והשמאל (LCP) מעגלי, המכשיר המתואר כאן מציג את הפונקציונליות העצמאית לפולריזציה.

כאן, אנו מציגים פרוטוקול עבור הייצור והאפיון האופטי של הפנים הדיאלקטרי מדידות המאפשרות דור שווה בעוצמה הקורה. התפלגות שלב של התקן זה מאוחזרים מאלגוריתם Gerchberg-סקטון (GS), אשר משמש בדרך כלל הולוגרמות פאזה בלבד¹². a-Si: H של 300 ננומטר עבה מופקד על מצע סיליקה התמזגו, באמצעות הפקמין. מסיכת Cr מוגדרת בסרט a-Si: H באמצעות EBL. תבנית המסיכה מקבילה להתפלגות הפאזה הנגזרת מאלגוריתם GS. הרשת הקאמרי-RIE מנוצלת כדי לחרוט את הסרט a-Si: H לאורך מסכת Cr. שאר מסכת Cr מוסרת על-ידי השלמת בדיקת הדגימה. הפונקציונליות האופטית של הפאה metasurface מציא מאופיין באמצעות התקנה אופטית מותאמת אישית. כאשר קרן לייזר מהווה מקרה לפני הטאסוראל, הקרן המועברת מופרדת לשלושה חלקים, כלומר שתי קורות שפעלה וקרן אחת הסדר. קרני האור מסטות משלוחה של משעול הקורה בזמן שקורה השיגור האחר. כדי לאמת את הפונקציונליות של התקן זה, אנו מדדו את כוח הקרן, פרופיל קרן, ואת זווית הפצת באמצעות מד כוח, CCD, ו protractor, בהתאמה.

כל תהליכי הייצור והחומרים המשמשים לשימוש ממוטבים לפונקציונליות היעד. עבור תדרי עבודה גלויים, גדלי האנטנה הבודדים אמורים להיות כמה מאות ננו-מטרים, והחומר עצמו צריך להיות בעל אובדן אופטי נמוך באורכי גל גלויים. רק מספר סוגים של שיטות הייצור מתאימים בעת הגדרת מבנים קטנים כאלה. ליתוגרפיה טיפוסית, כמו גם כתיבת לייזר ישירה, אינם מסוגלים הייצור עקב מגבלת עקיפה. הטחינה ממוקדת קרן יון ניתן להשתמש, אבל יש בעיות קריטיות של זיהום גליום, התלות עיצוב דפוס, ואת מהירות התהליך איטי. למעשה, EBL היא הדרך היחידה להקל על הייצור של מטאסורפנים לעבוד בתדרים גלויים¹³.

דיאלקטרוניקה הם בדרך כלל העדיפו בשל אובדן בלתי נמנע של מתכות. ההפסד האופטי של a-Si: H מספיק נמוך למטרה שלנו. למרות אובדן אופטי של א-סי: H הוא לא נמוך כמו דיאלקטרים הרזיה נמוכה כגון טיטניום דו חמצני^1,4 ו סיליקון גבישי¹⁴, הייצור של a-Si: H הוא הרבה יותר פשוט. התאיידות אופיינית ותהליכי התזה אינם מסוגלים לבצע הפקדת הסרט a-Si: H. בדרך כלל נדרש פקמין. במהלך תהליך הפקבי, כמה אטומי מימן מ-SiH₄ ו-₂ גזים לכודים בין אטומי הסיליקון, והתוצאה היא סרט a-Si: H. קיימות שתי דרכים להגדרת תבניות a-Si: H. אחד מהם הוא התצהיר של א-סי: H על photoresist בדוגמת מילוי, ואחריו תהליך ההמראה, והשני הוא על ידי הגדרת מסיכת תחריט על הסרט a-Si: H ולאחריה תהליך החריטה. הראשון הוא מתאים היטב לתהליך אידוי, אבל זה לא קל להפקיד a-Si: הסרט H באמצעות התאיידות. מכאן, האחרונה היא הדרך המיטבית לעשות א-סי: דפוסי. Cr משמשת כחומר מסכת החריטה בגלל מסלקטיביות הגבוהה עם הסיליקון.