Esquema de la estructura diseñada bajo la iluminación de dos haces OAM con diferentes estados de polarización y cargas topológicas Crédito:Fu Feng, Guangyuan Si, Changjun Min, Xiaocong Yuan, Michael Somekh
Se informa de una estructura de nanorejilla plasmónica de spin-Hall que detecta simultáneamente tanto la polarización como las singularidades de fase del haz incidente. La nano-rejilla rompe la simetría con diferentes períodos para las partes superior e inferior, que permite la excitación unidireccional del SPP en función de la carga topológica del haz incidente. Adicionalmente, Las meta-ranuras spin-Hall están integradas en la rejilla para que la estructura tenga una respuesta quiral para la detección de polarización.
Las singularidades ópticas son elementos clave en la óptica moderna y han sido ampliamente investigadas. En particular, Las singularidades de fase y polarización se han manipulado en diversas aplicaciones, como imágenes y metrología, óptica no lineal, pinzas ópticas, sintiendo información cuántica, y comunicación óptica. En teoria, Ambas singularidades se pueden detectar simultáneamente si se puede detectar la carga topológica y el giro del fotón al mismo tiempo. Se han propuesto varios métodos para detectar la carga topológica del OAM en los últimos años, incluyendo holografía, metasuperficies, transformación óptica, y circuitos fotónicos. Sin embargo, Estos métodos tienen inconvenientes, incluida la necesidad de alinear la viga con precisión con la estructura, la necesidad de procesos de detección complejos, como microscopía de campo cercano, y las bajas eficiencias de difracción de algunos elementos. Estos inconvenientes limitan fuertemente sus aplicaciones en nuevos sistemas ópticos con fibras ópticas o dispositivos integrados en chip.
En un nuevo artículo publicado en Ciencias de la luz y aplicaciones , un equipo de científicos, dirigido por el profesor Changjun Min, Xiaocong Yuan, y Mike Somekh del Centro de Investigación Nanophotonics, Laboratorio clave de Shenzhen de tecnología de información óptica a microescala, Universidad de Shenzhen, Shenzhen, China y sus colaboradores han desarrollado una nano-rejilla de efecto Hall de giro plasmónico en chip para detectar simultáneamente singularidades de fase y polarización. Primero han diseñado una estructura de nanorejilla que rompe la simetría para lanzar unidireccionalmente la onda SPP de acuerdo con el signo de la carga topológica de la onda incidente. El ángulo de propagación del SPP generado aumenta con el valor de la carga topológica. El valor de carga topológica del haz incidente se puede determinar con precisión colocando una rejilla de acoplamiento de salida en ambos lados de la nano-rejilla para acoplar la onda SPP generada al campo lejano y analizar la imagen de microscopía óptica de campo lejano. Adicionalmente, una estructura de spin-Hall está integrada en la nano-rejilla para que la nano-rejilla pueda responder al giro del rayo incidente. Esta estructura combinada acopla direccionalmente el haz incidente OAM a diferentes posiciones dependiendo de la polarización y la carga topológica del haz. Está probado experimentalmente que la estructura detecta simultáneamente la singularidad de polarización y la singularidad de fase del haz CVB incidente. Este dispositivo es muy prometedor para lograr un circuito integrado fotónico altamente compacto. Estos científicos resumen el principio operativo de su estructura:
"Diseñamos una meta-superficie basada en SPP que puede detectar simultáneamente singularidades de fase y polarización de la onda incidente con dos propósitos en uno:(1) detectar rápida y simultáneamente las singularidades de fase y polarización con una imagen de un solo disparo; (2) para Permitir la comunicación óptica con singularidades fotónicas de ondas electromagnéticas ".
Imagen óptica de la muestra excitada por este haz CVVB con l =1 y m =-2 Crédito:Fu Feng, Guangyuan Si, Changjun Min, Xiaocong Yuan, Michael Somekh
"Este dispositivo es muy prometedor para lograr un circuito integrado fotónico altamente compacto. Ha demostrado un gran potencial en circuitos integrados fotónicos a gran escala y beneficiaría a diversas aplicaciones, como el procesamiento óptico de información en chip y las comunicaciones ópticas. Ahora estamos tratando de integrar una estructura de modulación de fase combinada adicional en el dispositivo para cancelar el efecto de difracción de la onda SPP durante la generación. Esto mejoraría aún más la resolución y el límite de detección del sistema, ", agregaron.
