عرض على توليد شعاع متساوي الكثافة بواسطة الأسطح الانسيابية

وقد أظهرت الأسطح الفوقية التي تتكون من صفائف هوائي ثنائي الأبعاد تحت الطولالموجي العديد من الوظائف البصرية الواعدة، مثل العدسات الأكرومية 1،^2،الصور ثلاثية الأبعاد 3،^{4،5 ،6}، والعباءات البصرية^7. يمكن استبدال المكونات البصرية الضخمة التقليدية بأسطح طميتا رقيقة جداً مع الحفاظ على الوظائف الأصلية. على سبيل المثال، مقسم الحزمة هو جهاز بصري يستخدم لفصل شعاع الحادث إلى شعاعين. يتم إجراء فواصل شعاع نموذجية من خلال الجمع بين اثنين من المنشور الثلاثي. وبما أن خصائص الواجهة الخاصة بهم تحدد خصائص تقسيم الحزمة، فمن الصعب تقليل الحجم المادي دون تدهور وظيفي. من ناحية أخرى، يمكن تحقيق الفواصل شعاع رقيقة جدا مع metasurfaces ترميز مع التدرج المرحلة الخطية أحادية الأبعاد^8،9. سمك الأسطح الفوقية أقل من أطوال موجية العمل الخاصة بهم، ويمكن التحكم في خصائص الفصل عن طريق توزيع المرحلة.

قمنا بتصميم مقسم شعاع سطح البحر الذي يمكن أن تولد الحزم متساوية الكثافة بغض النظر عن حالات الاستقطاب الحادث¹⁰. هذه الخاصية تأتي من صورة ثلاثية الأبعاد فورييه. نظرًا لصورة بقعتين أبيضتين على خلفية سوداء، فإن الهولوغرام الذي تم إنشاؤه من سطح التعريف هو نفس الصورة المشفرة. لا يحتوي الهولوغرام فورييه على بُعد بؤري محدد، بحيث يمكن ملاحظة الصورة المشفرة في المساحة الكاملة خلف سطح التعريف¹¹. إذا تم إنشاء نفس الصورة ذات النقطتين خلف سطح التعريف، فإنها تعمل أيضًا كمقسم شعاعي. الهولوغرام فورييه من سطح التعريف يخلق صورة مقلوبة، وهو ما يسمى صورة مزدوجة، فيما يتعلق بحالات الاستقطاب المتعامدة. وعادة ما تعتبر الصورة التوأم الضوضاء. ومع ذلك، فإن الصورة ذات النقطتين المشفرة في هذه السطح الفوقية هي متماثلة الأصل، مما يؤدي إلى تداخل مثالي بين الصور الأصلية والتوأم. وبما أن أي حالات استقطاب يمكن تمثيلها بمزيج خطي من الاستقطابات الدائرية اليمنى (RCP) واليسار، فإن الجهاز الموصوف هنا يظهر وظيفة الاستقطاب المستقلة.

هنا، نقدم بروتوكولا ً لتصنيع وتوصيف بصري للأسطح النقية التي تمكن من توليد شعاع متساوي الكثافة. يتم استرداد توزيع المرحلة من هذا الجهاز من خوارزمية Gerchberg-Saxton (GS)، والتي تستخدم عادة للصورة الثلاثية الأبعاد المرحلة فقط¹². a-Si: H من 300 نانومتر سميكة يتم إيداعها على الركيزة السيليكا تنصهر، وذلك باستخدام PECVD. يتم تعريف قناع Cr على فيلم A-Si:H، باستخدام EBL. يتوافق نمط القناع مع توزيع المرحلة المشتقة من خوارزمية GS. يتم استغلال برنامج المقارنات الدولية-RIE لحفر فيلم A-Si:H على طول قناع Cr. تتم إزالة بقية قناع Cr بواسطة Cr etchant الانتهاء من تلفيق العينة. تتميز الوظائف البصرية للسطح الفوقي ملفقة باستخدام إعداد بصري مخصص. عندما يكون شعاع الليزر هو الحادث إلى سطح البحر، يتم تقسيم شعاع المنقولة إلى ثلاثة أجزاء، وهي شعاعين متباعدة وشعاع واحد من أجل صفر. وتحيد الحزم المنكسرة عن امتداد مسار شعاع الحادث بينما يتبعها شعاع الشعاع الصفري. للتحقق من وظيفة هذا الجهاز، قمنا بقياس قوة الحزمة، وملف تعريف الحزمة، وزاوية المنكرة باستخدام مقياس الطاقة، وCCD، والمنقلة، على التوالي.

يتم تحسين جميع عمليات التصنيع والمواد المستخدمة للوظائف المستهدفة. وبالنسبة لترددات العمل المرئية، ينبغي أن تكون أحجام الهوائي الفردية بضع مئات من النانومترات، وينبغي أن يكون للمواد نفسها خسارة بصرية منخفضة عند الأطوال الموجية المرئية. ولا تنطبق سوى أنواع قليلة من أساليب التصنيع عند تعريف هذه الهياكل الصغيرة. التصوير الضوئي النموذجي، فضلا عن الكتابة بالليزر المباشرة، غير قادرة على تلفيق بسبب حد الانعراج. يمكن استخدام طحن شعاع الأيون المركز، ولكن هناك قضايا حاسمة من تلوث الغاليوم، والاعتماد على تصميم نمط، وسرعة عملية بطيئة. عمليا، EBL هو السبيل الوحيد لتسهيل تصنيع الأسطح الفوقية التي تعمل في ترددات مرئية¹³.

عادة ما يفضل عازلة بسبب فقدان ohmic لا مفر منه من المعادن. فقدان البصرية من A-Si: H منخفضة بما فيه الكفاية لغرضنا. على الرغم من أن فقدان البصرية من a-Si: H ليست منخفضةمثل عازلات منخفضة الخسارة مثل ثاني أكسيد التيتانيوم 1،⁴ والسيليكون البلورية^14،وتصنيع a-Si:H هو أبسط بكثير. عمليات التبخر والتأتأة النموذجية ليست قادرة على ترسب فيلم A-Si:H. وعادة ما يكون مطلوبا PECVD. خلال عملية PECVD، بعض ذرات الهيدروجين من SiH₄ و H₂ الغازات محاصرين بين ذرات السيليكون، مما أدى إلى فيلم A-Si:H. هناك طريقتان لتعريف أنماط A-Si:H. الأول هو ترسب A-Si:H على مقاومة ضوئية منقوشة، تليها عملية الإقلاع، والآخر عن طريق تعريف قناع النقش على فيلم A-Si:H، تليها عملية النقش. الأول هو مناسب تماما لعمليات التبخر، ولكن ليس من السهل إيداع فيلم A-Si:H باستخدام التبخر. وبالتالي، فإن هذا الأخير هو الطريقة المثلى لجعل أنماط A-Si:H. يستخدم Cr كمادة قناع النقش بسبب انتقائية النقش عالية مع السيليكون.