Dimostrazione di metalogrammi visibili all-Dielectric e Multiplexed a rotazione e a più elementi

Le metasuperfici ottiche composte da nanostrutture di lunghezza d’onda hanno permesso molti interessanti fenomeni^ottici,tra cui il cloaking ottico 1 , la rifrazione negativa², l’assorbimento della luce^{perfetta 3}, il filtraggio del colore⁴, la proiezione dell’immagine olografica⁵e la manipolazione^{del fascio 6,7,8}. Le metasuperfici ottiche che hanno scatterer progettati in modo appropriato possono modulare lo spettro, il fronte d’onda e la polarizzazione della luce. Le prime metasuperfici ottiche sono state principalmente fabbricate utilizzando metalli nobili (ad esempio, Au, Ag) a causa della loro elevata riflettività e facilità di nanofabbricazione, ma hanno perdite Ohmiche elevate, quindi le metasuperfici hanno una bassa efficienza a brevi lunghezze d’onda visibili.

Lo sviluppo di tecniche di nanofabbricazione per materiali dielettrico che hanno basse perdite di luce visibile (ad esempio, TiO₂⁹, GaN¹⁰e a-Si:H¹¹) ha permesso la realizzazione di dispositivi ottici piatti altamente efficienti con metasuperfici ottici. Questi dispositivi hanno applicazioni in ottica e ingegneria. Un’applicazione interessante è l’olografia ottica per la visualizzazione volumetrica proiettativa e la crittografia delle informazioni. Rispetto agli ologrammi convenzionali che utilizzano modulatori di luce spaziale, il metahologramma ha numerosi vantaggi come la miniaturizzazione della configurazione ottica, una maggiore risoluzione delle immagini olografiche e un campo di visibilità più ampio.

Recentemente, è stata ottenuta la codifica di più informazioni olografiche in un dispositivo metahologramma a strato singolo. Gli esempi includono metahologrammi multipli nello spin^12,13, momento angolare orbitale¹⁴, angolo di luce incidente¹⁵e^{direzione 16}. Questi sforzi hanno superato la lacudazione critica dei metahologrammi, che è una mancanza di libertà di progettazione in un unico dispositivo. La maggior parte dei metahologrammi convenzionali poteva produrre solo singole immagini olografiche codificate, ma il dispositivo multiplex può codificare più immagini olografiche in tempo reale. Quindi, il metahologramma multiplexed è una piattaforma di soluzione cruciale verso un vero display video olografico o ologrammi anticonforming multifunzionali.

Riportati qui sono protocolli per fabbricare spin-and direzione-multiplexed metaholograms visibili all-dielectric, quindi per caratterizzarli otticamente^13,16. Per codificare più informazioni visive in un singolo dispositivo metasuperfici, sono progettati metalogrammi che mostrano due diverse immagini olografiche quando la rotazione o la direzione della luce incidente vengono modificate. Per fabbricare immagini olografiche altamente efficienti in modo paragonabile alla tecnologia CMOS, a-Si:H viene utilizzato per le metasuperfici e vengono sfruttate le risonanze magnetiche doppie e le risonanze antiferromagnetiche indotte al loro interno. Il protocollo di fabbricazione consiste nella deposizione di pellicola, nella scrittura di fasci di elettroni e nell’incisione. Il dispositivo fabbricato è caratterizzato da una configurazione ottica personalizzata composta da un laser, un polarizzatore lineare, una placca d’onda di un quarto, un obiettivo e un dispositivo accoppiato a carica (CCD).