Démonstration de métahologrammes visibles all-diélectriques spin-multiplexés et multixés
Summary
Nous présentons un protocole pour la fabrication de métahologrammes visibles spin-et direction multiplexed, puis effectuer une expérience optique pour vérifier leur fonction. Ces métahologrammes peuvent facilement visualiser les informations codées, de sorte qu’ils peuvent être utilisés pour l’affichage volumétrique projectif et le chiffrement de l’information.
Abstract
La technique d’holographie optique réalisée par les métasurfaces est apparue comme une nouvelle approche de l’affichage volumétrique projectif et de l’affichage de chiffrement de l’information sous la forme d’appareils optiques ultrachin et presque plats. Comparé à la technique holographique conventionnelle avec des modulateurs de lumière spatiale, le métahologramme présente de nombreux avantages tels que la miniaturisation de la configuration optique, une résolution d’image plus élevée et un champ de visibilité plus important pour les images holographiques. Ici, un protocole est signalé pour la fabrication et la caractérisation optique des métahologrammes optiques qui sont sensibles à la rotation et à la direction de la lumière incidente. Les métasurfaces sont composées de silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H), qui a un indice de réfraction important et un faible coefficient d’extinction dans toute la gamme visible résultant en une forte transmission et efficacité de diffraction. L’appareil produit différentes images holographiques lorsque la rotation ou la direction de la lumière incidente sont commutées. Par conséquent, ils peuvent coder plusieurs types d’informations visuelles simultanément. Le protocole de fabrication se compose de dépôt de film, d’écriture de faisceau d’électrons et de gravure ultérieure. L’appareil fabriqué peut être caractérisé à l’aide d’une configuration optique personnalisée qui se compose d’un laser, d’un polariseur linéaire, d’un quart de plaque d’onde, d’une lentille et d’un dispositif couplé à la charge (CCD).
Introduction
Les métasurfaces optiques composées de nanostructures sous-longueur d’onde ont permis de nombreux phénomènes optiques intéressants, y compris le camouflage optique1, la réfraction négative2, l’absorption parfaite de lumière3, le filtrage de couleur4, la projection d’image holographique5, et la manipulation de faisceau6,7,8. Les métasurfaces optiques qui ont des disperseurs conçus de manière appropriée peuvent moduler le spectre, le front d’onde et la polarisation de la lumière. Les premières métasurfaces optiques ont été principalement fabriquées à l’aide de métaux nobles (p. ex., Au, Ag) en raison de leur forte réflectivité et de leur facilité de nanofabrication, mais elles ont des pertes ohmiques élevées, de sorte que les métasurfaces ont une faible efficacité à de courtes longueurs d’onde visibles.
Le développement de techniques de nanofabrication pour les matériaux diélectriques qui ont de faibles pertes en lumière visible (par exemple, TiO29, GaN10, et a-Si:H11) a permis la réalisation de dispositifs optiques plats très efficaces avec des métasurfaces optiques. Ces appareils ont des applications dans l’optique et l’ingénierie. Une application intrigante est l’holographie optique pour l’affichage volumétrique projectif et le chiffrement de l’information. Comparé aux hologrammes conventionnels qui utilisent des modulateurs de lumière spatiale, le métahologramme présente de nombreux avantages tels que la miniaturisation de la configuration optique, une résolution plus élevée des images holographiques et un champ de visibilité plus vaste.
Récemment, l’encodage de multiples informations holographiques dans un dispositif de métahologramme à couches uniques a été réalisé. Les exemples incluent les métahologrammes qui sont multiplexés dans le spin12,13, l’élan angulaire orbital14, angle de lumière incident15, et la direction16. Ces efforts ont surmonté les défauts critiques des métahologrammes, qui est un manque de liberté de conception dans un seul appareil. La plupart des métahologrammes conventionnels ne pouvaient produire que des images holographiques codées simples, mais le dispositif multiplexé peut coder plusieurs images holographiques en temps réel. Par conséquent, le métahologramme multiplexé est une plate-forme de solution cruciale vers l’affichage vidéo holographique réel ou les hologrammes anticomptations multifonctionnelles.
Rapporté ici sont des protocoles pour fabriquer spin- et direction multiplexé métahologrammes visibles tout-diélectrique, puis pour les caractériser optiquement13,16. Pour coder plusieurs informations visuelles dans un seul dispositif de métasurface, des métahologrammes sont conçus qui montrent deux images holographiques différentes lorsque la rotation ou la direction de la lumière incidente sont modifiées. Pour fabriquer des images holographiques très efficaces d’une manière comparable à la technologie CMOS, a-Si:H est utilisé pour les métasurfaces et les deux résonances magnétiques et les résonances antiferromagnétiques induites à l’intérieur d’eux sont exploités. Le protocole de fabrication se compose de dépôt de film, d’écriture de faisceau d’électrons et de gravure. L’appareil fabriqué est caractérisé à l’aide d’une configuration optique personnalisée composée d’un laser, d’un polariseur linéaire, d’un quart de plaque d’onde, d’une lentille et d’un dispositif couplé à la charge (CCD).
Protocol
Representative Results
Discussion
Les métasurfaces a-Si:H ont été fabriquées en trois étapes principales : le dépôt de film mince a-Si:H à l’aide de PECVD, d’EBL précis et de gravure sèche. Parmi ces étapes, le processus d’écriture eBL est le plus important. Tout d’abord, la densité de motifs sur les métasurfaces est assez élevée, de sorte que le processus nécessite un contrôle précis sur la dose d’électron (énergie) et les paramètres de balayage tels que le nombre de points par zone unitaire. L’état de développement d…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ces travaux ont été soutenus financièrement par les subventions de la Fondation nationale de la recherche (NRF-2019R1A2C3003129, CAMM-2019M3A6B3030637, NRF-2019R1A5A8080290) financées par le Ministère des sciences et des TIC du gouvernement coréen. I.K. reconnaît la bourse de doctorat mondiale de la NRF (NRF-2016H1A2A1906519) financée par le Ministère de l’éducation du gouvernement coréen.
Materials
| Aceton | J.T. Baker | 925402 | |
| Beam splitter | Thorlabs | CCM1-BS013/M | |
| Chromium etchant | KMG | Cr-7 | |
| Chromium evaporation source | Kurt J. Lesker | EVMCR35D | |
| Clamp | Thorlabs | CP175 | |
| Conducting polymer | Showa denko | E-spacer | |
| Diode laser | Thorlabs | CPS635 | |
| E-beam evaporation system | Korea Vacuum Tech | KVE-E4000 | |
| E-beam resist | Microchem | 495 PMMA A2 | |
| Electron beam lithography | Elionix | ELS-7800 | |
| Half-wave plate | Thorlabs | AHWP05M-600 | |
| Inductively-coupled plasma reactive ion etching | DMS | – | |
| Iris | Thorlabs | SM1D12 | |
| Isopropyl alcohol | J.T. Baker | 909502 | |
| Kinematic mirror mount | Thorlabs | KM100/M | |
| Lens | Thorlabs | LB1630 | |
| Lens Mount | Thorlabs | LMR2/M | |
| Linear polarizer | Thorlabs | GTH5-A | |
| Mirror | Thorlabs | PF10-03-G01 | |
| Neutral density filter | Thorlabs | NDC-50C-4 | |
| Plasma enhanced chemical vapor deposition | BMR Technology | HiDep-SC | |
| Post | Thorlabs | TR75/M | |
| Post holder | Thorlabs | PH75E/M | |
| Quarter-wave plate | Thorlabs | AQWP10M-580 | |
| Resist developer | Microchem | MIBK:IPA=1:3 | |
| Rotational mount | Thorlabs | RSP1/M | |
| Scanning electron microscopy | Hitachi | Regulus8100 | |
| XY translation mount | Thorlabs | XYF1/M | |
| 1-inch adapter | Thorlabs | AD11F | |
| 1-inch lens mount | Thorlabs | CP02/M |
References
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