a, Esquema del polarizador todo en uno propuesto que puede funcionar en una posición arbitraria en la esfera de Poincaré por diseño basado en una metasuperficie dieléctrica compuesta de nanopilares dimerizados, que puede operar directamente con luz incidente no polarizada y generar estados de polarización arbitrarios, incluyendo lineal, polarizaciones elípticas y circulares, independientemente del estado de polarización incidente. B, Representación de la esfera de Poincaré de un par de polarización ortogonal arbitraria (α, β) (elipses rojo y azul sólido) y su par invertido (α *, β *) (elipses punteadas en rojo y azul). C, Coeficientes de conversión de polarización y espectro de DP calculados con los parámetros optimizados (l1 =130 nm, w1 =70 nm; l2 =150 nm, w2 =85 nm) a una longitud de onda de 633 nm, lo que produce tα * α =0.93 y tβ * α =tα * β =tβ * β? 0. D, Estados de polarización transmitidos (elipses azules) cuando la metasuperficie estaba iluminada por una variedad de diferentes estados de polarización incidente (curvas rojas). El histograma indica la transmitancia, que variaba con la polarización incidente, mientras que la forma de la elipse azul era la misma que la del estado de polarización diseñado α * Crédito:Shuai Wang, Zi-Lan Deng, Yujie Wang, Qingbin Zhou, Xiaolei Wang, Yaoyu Cao, Bai-Ou Guan, Shumin Xiao, Xiangping Li
El control de la polarización es esencial para adaptar las interacciones luz-materia y es la base de muchas aplicaciones, como las imágenes de polarización, óptica no lineal, almacenamiento de datos, y multiplexación de información. Un polarizador lineal, que es un elemento óptico de polarización que filtra una polarización lineal específica de la luz no polarizada, juega un papel importante tanto en la generación como en la manipulación de la polarización. Sin embargo, la generación de estados de polarización arbitrarios distintos de la polarización lineal generalmente requiere la conexión en cascada de múltiples elementos de polarización óptica, incluyendo tanto polarizadores lineales como placas de ondas basadas en materiales anisotrópicos o nanoestructuras, dando lugar a sistemas ópticos voluminosos que están lejos de la miniaturización e integración largamente buscadas.
En un nuevo documento en Ciencias de la luz y aplicaciones , un equipo de científicos, supervisado por el Prof.Xiangping Li y Zi-Lan Deng del Laboratorio Clave Provincial de Guangdong de Detección y Comunicaciones de Fibra Óptica, Instituto de Tecnología Fotónica, Universidad de Jinan, China y sus colaboradores han propuesto un enfoque eficaz para lograr polarizadores de esfera de Poincaré completos en un solo paso al extender el dicroísmo de conversión circular (CCD) al dicroísmo de conversión de polarización arbitraria (APCD) por medio de una metasuperficie monocapa.
Mediante el uso de metamoléculas dimerizadas compuestas por un par de metaátomos birrefringentes con respuestas de fase anisotrópica adecuadamente adaptadas y ángulos de orientación relativa, la interferencia colectiva de la radiación de campo lejano de esos metaátomos se puede controlar para generar APCD. Este sistema es capaz de transmitir preferentemente un estado de polarización que puede ubicarse en una posición arbitraria en una esfera de Poincaré y convertirlo en luz transmitida con la mano invertida mientras bloquea completamente el estado de polarización ortogonal. Esta metasuperficie APCD es capaz de generar un haz polarizado arbitrariamente ubicado en una posición arbitraria en la esfera de Poincaré, independientemente de la polarización de entrada, y por lo tanto actúa como un polarizador que puede cubrir toda la esfera de Poincaré por diseño.
En la práctica, Realizamos tal APCD en una plataforma de metasuperficie totalmente dieléctrica en el rango de frecuencia visible, manifestando dicroísmo de polarización transmisiva (PD) de casi el 100% en teoría y superior al 90% experimentalmente. Aprovechamos la característica PD perfecta de este sistema para demostrar polarización arbitraria, incluyendo lineal, polarización circular y elíptica, directamente de la luz no polarizada. Este polarizador de metasuperficie todo en uno sirve como un generador de polarización arbitraria monolítica, en última instancia, dispositivos ópticos miniaturizados prometedores para sistemas nanofotónicos integrados con una complejidad sustancialmente reducida. Estos científicos resumen el principio operativo de su polarizador de esfera de Poincaré:
a, Configuración experimental para la medición del grado de polarización (DoP) de la luz transmitida desde metasuperficies APCD iluminadas por una fuente LED no polarizada. b-d, Ángulo medido del eje principal ψ, ángulo de elipticidad χ y DoP de los haces transmitidos a través de la elíptica diseñada (b), (c) metasuperficies de dicroísmo lineal y (d) circular. Las elipses de polarización verdes representan estados de polarización derivados de los parámetros de Stokes medidos a 633 nm, que son consistentes con los estados simulados (flechas rojas). Crédito:Shuai Wang, Zi-Lan Deng, Yujie Wang, Qingbin Zhou, Xiaolei Wang, Yaoyu Cao, Bai-Ou Guan, Shumin Xiao, Xiangping Li
"Diseñamos polarizadores de estado arbitrarios basados en dicroísmo de conversión de polarización arbitraria sin tener en cuenta las polarizaciones incidentes:(1) Analizando la matriz de Jones de la metasuperficie planar realizando el dicroísmo de conversión de polarización arbitraria; (2) Aplicando la matriz de Jones en metasuperficie dieléctrica diatómica con parámetros geométricos; (3) Demostrar la polarización generada sin influencias de los haces de entrada ".
"El parámetro de dicroísmo está cerca del 100% en la simulación y es superior al 90% experimentalmente, este rendimiento perfecto hace que la metasuperficie diseñada funcione como polarizador para polarización arbitraria, incluso en un haz no polarizado, ", agregaron.
