Аннотация:
Предложен новый вариант металинзы – поляризационная микролинза, которая фокусирует линейно поляризованный лазерный свет в субволновое круглое пятно. Поляризационная микролинза состоит из набора субволновых бинарных дифракционных решёток, которыми, как паркетом, выложены кольца зонной пластинки Френеля. Скачок фазы на π, который должна вносить в световое поле зонная пластинка при переходе от зоны к зоне, выполняется в поляризационной микролинзе с помощью двух решёток, примыкающих к границе зоны и формирующих вектора поляризации прошедшего излучения, направленные в противоположенные стороны. Чтобы уменьшить глубину рельефа поляризационной микролинзы, следует использовать материал с высоким показателем преломления. Для аморфного кремния глубина рельефа поляризационной микролинзы может быть от 50 нм до 120 нм. При этом на расстоянии от поляризационной микролинзы в диапазоне от 200 нм до 1300 нм формируется круглое фокусное пятно с диаметром меньше дифракционного предела: минимальное фокусное пятно имеет диаметр 0,372 от длины волны.

Ключевые слова :
металинза, метаповерхность, радиальная поляризация, дифракционный оптический элемент.

Цитирование:
Котляр, В.В. Моделирование поляризационной микролинзы, фокусирущей свет с линейной поляризацией в почти круглое субволновое пятно / В.В. Котляр, А.Г. Налимов, М.В. Котляр // Компьютерная оптика. – 2016. – Т. 40, № 4. – С. 451-457. – DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-4-451-457.

Литература:

1. Yu, N. Flat optics with designer metasurfaces / N. Yu, F. Capasso // Nature Materials. – 2014. – Vol. 13. – P. 139-150. – DOI: 10.1038/nmat3839.
2. Yang, Y. Dielectric meta-reflectarry for broadband linear polarization conversion and optical vortex generation / Y. Yang, W. Wang, P. Moitra, I.I. Kravchenko, D.P. Briggs // Nano Letters. – 2014. – Vol. 14, Issue 3. – P. 1394-1399. – DOI: 10.1021/nl4044482.
3. Sun, S. High-efficiency broadband anomalous reflection by gradient meta-surfaces / S. Sun, K. Yang, C. Wang, T. Juan, W.T. Chen, C.Y. Liao, Q. He, S. Xiao, W. Kung, G. Guo, L. Zhou // Nano Letters. – 2012. – Vol. 12. – P. 6223-6229. – DOI: 10.1021/nl3032668.
4. Lan, L. Three dimensional subwavelength focus by a near-field plate lens / L. Lan, W. Jiang, Y. Ma // Applied Physics Letters. – 2013. – Vol. 102. – 231119. – DOI: 10.1063/1.4810004.
5. Verslegers, L. Planar lenses based on nanoscale slit arrays in a metallic film / L. Verslegers, P.B. Catrysse, Z. Yu, J.S. White, E.S. Barnard, M.L. Brongersma, S. Fan // Nano Letters. – 2009. – Vol. 9(1). – P. 235-238. – DOI: 10.1021/nl802830y.
6. Aieta, F. Aberration-free ultrathin flat lenses and axicons at telecom wavelengths based on plasmonic metasurfaces / F. Aieta, P. Genevet, M.A. Kats, N. Yu, R. Blanchard, Z. Gaburro, F. Capasso // Nano Letters. – 2012. – Vol. 12(9). – P. 4932-4936. – DOI: 10.1021/nl302516v.
7. Arbabi, A. Subwavelength-thick lenses with high numerical apertures and large efficiency based on high-contrast transmitarrays / A. Arbabi, Y. Horie, A.J. Ball, M. Bag­heri, A. Faraon // Nature Communications. – 2015. – Vol. 6, Issue 5. – 7069. – DOI: 10.1038/ncomms8069.
8. Arbabi, A. Dielectric metasurfaces for complete control of phase and polarization with subwavelength spatial resolution and high transmission / A. Arbabi, Y. Horie, M. Barheri, A. Faraon // Nature Nanotechnology. – 2015. – Vol. 10(11). – P. 937-943. – DOI: 10.1038/NNANO.2015.186.
9. Ni, X. Ultra-thin, planar, Babinet-inverted plasmonic metalenses / X. Ni, S. Ishii, A.V. Kildishev, V.M. Shalaev // Light: Science & Applications. – 2013. – Vol. 2. – e72 (7 p.). – DOI:10.1038/lsa.2013.28.
10. West, P.R. All-dielectric subwavelength metasurface focusing lens / P.R. West, J.L. Steward, A.V. Kildishev, V.M. Sha­laev, V.V. Shkunov, F. Strohkendl, Y.A. Zakharenkov, R.K. Dodds, R. Byren // Optics Express. – 2014. – Vol. 22, Issue 21. – P. 26212-26221. – DOI: 10.1364/OE.22.026212.
11. Lin, D. Dielectric gradient metasurface optical elements / D. Lin, P. Fan, E. Hasman, M.L. Brongersma // Science. – 2014. – Vol. 345, Issue 6194. – P. 298-302. – DOI: 10.1126/science.1253213.
12. Kotlyar, V.V. Analysis of the shape of a subwavelength focal spot for the linear polarized light / V.V. Kotlyar, S.S. Stafeev, Y. Liu, L. O’Faolain, A.A. Kovalev // Applied Optics. – 2013. – Vol. 52, Issue 3. – P. 330-339. – DOI: 10.1364/AO.52.000330.
13. Stafeev, S.S. Subwavelength focusing of laser light by microoptics / S.S. Stafeev, V.V. Kotlyar, L. O'Faolain // Journal of Modern Optics. – 2013. – Vol. 60, Issue 13. – P. 1050-1059. – DOI: 10.1080/09500340.2013.831136.
14. Dorn, R. Sharper focus for a radially polarized light beams / R. Dorn, S. Quabis, G. Leuchs // Physical Review Letters. – 2003. – Vol. 91, Issue 23. – 233901. – DOI: 10.1103/PhysRevLett.91.233901.
15. Налимов, А.Г. Отражающий четырёхзонный субволновый элемент микрооптики для преобразования линейной поляризации в радиальную / А.Г. Налимов, Л. О'Фаолейн, С.С. Стафеев, М.И. Шанина, В.В. Котляр // Компьютерная оптика. – 2014. – Т. 38, № 2. – С. 229-236.
16. Stafeev, S. Tight focus of light using micropolarizer and microlens / S. Stafeev, L. O’Faolain, V. Kotlyar, A. Nalimov // Applied Optics. – 2015. – Vol. 54(14). – P. 4388-4394. – DOI: 10.1364/AO.54.004388.
17. Стафеев, С.С. Четырёхзонный пропускающий микрополяризатор с фазовым сдвигом / С.С. Стафеев, М.В. Котляр, Л. О’Фаолейн, А.Г. Налимов, В.В. Котляр // Компьютерная оптика. – 2016. – Т. 40, № 1. – С. 12-18. – DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-1-12-18.

---

© 2009, IPSI RAS
Institution of Russian Academy of Sciences, Image Processing Systems Institute of RAS, Russia, 443001, Samara, Molodogvardeyskaya Street 151; E-mail: ko@smr.ru; Phones: +7 (846) 332-56-22, Fax: +7 (846) 332-56-20