Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Thiết kế một bề mặt meta gradient pha hiệu suất cao sử dụng ăng-ten quang patch với độ dày patch khác nhau
Tóm tắt
Các bề mặt meta dựa trên patch như là các cấu trúc chung của các thiết bị quang phản xạ phẳng, chẳng hạn như gương phẳng, tấm sóng, bộ phân cực và hologram, cần phải đáp ứng hai yêu cầu cơ bản là bao phủ phạm vi dịch pha từ 0 đến 2π và cung cấp biên độ phản xạ đủ cao. Dưới mô hình thiết kế hiện tại, quá trình thiết kế chỉ dựa trên chiều rộng và chiều dài của các phần tử patch của bề mặt meta. Nghiên cứu hiện tại sẽ khai thác tiềm năng của độ dày của các phần tử patch như một thông số thiết kế. Trong khi một bề mặt meta dựa trên các phần tử patch có độ dày 50 nm có thể đạt được phạm vi dịch pha gần 270°, tương ứng với các bước pha 90°, và biên độ phản xạ 0.8 ở bước sóng 775 nm, việc sử dụng chỉ một giá trị bổ sung là 30 nm cho độ dày của các patch sẽ tăng phạm vi dịch pha lên 320°, tương ứng với các bước pha 40°, với biên độ phản xạ cao hơn 0.85 ở cùng bước sóng. Bằng cách này, các bước pha có thể nhỏ hơn nhiều, có nghĩa là gần hơn với mô hình pha mục tiêu. Điều này sẽ rõ ràng là một sự cải thiện hiệu suất đáng kể, mà trong trường hợp của một bộ tách chùm ánh sáng phân cực, như đã chỉ ra, có nghĩa là phản xạ nhiều năng lượng hơn ở các góc mong muốn.
Từ khóa
#bề mặt meta #patch #phản xạ #dịch pha #thiết kế quang học #ăng-ten quangTài liệu tham khảo
Holloway CL, Kuester EF, Gordon JA, O’Hara J, Booth J, Smith DR (2012) An overview of the theory and applications of metasurfaces: the two-dimensional equivalents of metamaterials. IEEE Antenn Propag M 54(2):10–35
Ni X, Emani NK, Kildishev AV, Boltasseva A, Shalaev VM (2012) Broadband light bending with plasmonic nanoantennas. Science 335(6067):427–427
Yu N, Genevet P, Aieta F, Kats MA, Blanchard R, Aoust G, Tetienne JP, Gaburro Z, Capasso F (2013) Flat optics: controlling wavefronts with optical antenna metasurfaces. IEEE J Sel Top Quant 19(3):4700423
Kildishev AV, Boltasseva A, Shalaev VM (2013) Planar photonics with metasurfaces. Science 339(6125):1232009
Yu N, Capasso F (2015) Optical metasurfaces and prospect of their applications including fiber optics. J Lightwave Technol 33(12):2344–2358
Yu N, Genevet P, Kats MA, Aieta F, Tetienne JP, Capasso F, Gaburro Z (2011) Light propagation with phase discontinuities: generalized laws of reflection and refraction. Science 334:333–337
Arbabi A, Faraon A (2014) Fundamental limits of ultrathin metasurfaces. arXiv preprint arXiv:1411.2537
Pors A, Bozhevolnyi SI (2013) Plasmonic metasurfaces for efficient phase control in reflection. Opt Express 21(22):27438
Sun S, Yang KY, Wang CM, Juan TK, Chen WT, Liao CY, He Q, Xiao S, Kung WT, Guo GY, Zhou L (2012) High-efficiency broadband anomalous reflection by gradient meta-surfaces. Nano Lett 12(12):6223–6229
Pors A, Albrektsen O, Radko IP, Bozhevolnyi SI (2013) Gap plasmon-based metasurfaces for total control of reflected light. Scientific reports 3:013
Pors A, Nielsen MG, Eriksen RL, Bozhevolnyi SI (2013) Broadband focusing flat mirrors based on plasmonic gradient metasurfaces. Nano Lett 13(2):829–834
Unal GS, Aksun MI (2015) Bridging the gap between RF and optical patch antenna analysis via the cavity model. Scientific reports 5
Maier SA (2007) Plasmonics: fundamentals and applications. Springer
Mühlenbernd H, Georgi P, Pholchai N, Huang L, Li G, Zhang S, Zentgraf T (2016) Amplitude-and phase-controlled surface plasmon polariton excitation with metasurfaces. ACS Photonics 3(1):124–129
Liu L, Zhang X, Kenney M, Su X, Xu N, Ouyang C, Shi Y, Han J, Zhang W, Zhang S (2014) Broadband metasurfaces with simultaneous control of phase and amplitude. Adv Mater 26(29):5031–5036
Nielsen MG, Gramotnev DK, Pors A, Albrektsen O, Bozhevolnyi SI (2011) Continuous layer gap plasmon resonators. Opt Express 19(20):19310–19322
Zhao Y, Alù A (2013) Tailoring the dispersion of plasmonic nanorods to realize broadband optical meta-waveplates. Nano let 13(3):1086–1091
Johnson PB, Christy RW (1972) Optical constants of the noble metals. Phys Rev B 6(12):4360
Ghatak A, Thyagarajan K, Shenoy M (1987) Numerical analysis of planar optical waveguides using matrix approach. J Lightwave Technol 5(5):660–667
Nunes FD, Weiner J (2009) Equivalent circuits and nanoplasmonics. IEEE T Nanotechnol 8(3):298
Kogelnik H (1988) Theory of optical waveguides in guided-wave optoelectronics. edited by T. Tamir
García-Etxarri A (2011) Modelization of plasmonic nanoantennas for optical microscopy and surface enhanced spectroscopy. Dissertion, Universidad del Pais Vasco
Bozhevolnyi SI (2007) General properties of slow-plasmon resonant nanostructures: nano-antennas and resonators. Opt Express 15(17):10869–10877
Qu C, Ma S, Hao J, Qiu M, Li X, Xiao S, Miao Z, Dai N, He Q, Sun S, Zhou L (2015) Tailor the functionalities of metasurfaces: From perfect absorption to phase modulation. arXiv preprint arXiv:1507.00929
Wen D, Yue F, Kumar S, Ma Y, Chen M, Ren X, Kremer PE, Gerardot BD, Taghizadeh MR, Buller GS, Chen X (2015) Metasurface for characterization of the polarization state of light. Opt Express 23(8):10272–10281
Larouche S, Smith DR (2012) Reconciliation of generalized refraction with diffraction theory. Opt Lett 37(12):2391–2393