(47-2) 01 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Многофокусная металинза для детектирования различных топологических зарядов при разных длинах волн
А.Г. Налимов 1,2, В.В. Котляр 1,2

1 ИСОИ РАН – филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН,
443001, Россия, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 151;
2 Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва,
443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе, д. 34

 PDF, 1438 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1170

Страницы: 201-207.

Аннотация:
Рассмотрена комбинированная высокоапертурная металинза в тонкой пленке нитрида кремния диаметром 14 мкм, состоящая из двух наклонных секторных металинз, каждая из которых состоит из набора бинарных субволновых решеток. Моделирование методом конечных разностей во временной области показало, что металинза может одновременно детектировать оптические вихри с двумя топологическими зарядами -1 и -2 почти во всем видимом диапазоне длин волн. Металинза может селектировать несколько длин волн, которые фокусируются в разных точках фокальной плоскости: изменение длины волны на 1нм приводит к смещению фокусного пятна примерно на 4 нм. При освещении металинзы гауссовым пучком с левой круговой поляризацией одновременно формируются два оптических вихря с топологическими зарядами 1 и 2 на расстоянии 6 мкм между собой при фокусном расстоянии линзы 6 мкм. Данную металинзу можно использовать для уплотнения канала передачи информации в беспроводных телекоммуникационных системах с помощью селекции пространственно-временных мод лазерного излучения с разными топологическими зарядами и разными длинами волн. Такая микролинза является примером компактного демультиплексора.

Ключевые слова:
топологический заряд, оптический вихрь, многофокусная металинза.

Благодарности
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант 22-22-00265) в части «Теоретическое основание», «Моделирование различных длин волн», а также при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках выполнения работ по Государственному заданию ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН в частях «Введение», «Заключение», «Моделирование детектирования ТЗ».

Цитирование:
Налимов, А.Г. Многофокусная металинза для детектирования различных топологических зарядов при разных длинах волн / А.Г. Налимов, В.В. Котляр // Компьютерная оптика. – 2023. – Т. 47, № 2. – С. 201-207. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1170.

Citation:
Nalimov AG, Kotlyar VV. Multifocal metalens for detecting several topological charges at different wavelengths. Computer Optics 2023; 47(2): 201-207. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1170.

References:
  1. Wang W, Guo Z, Zhou K, Sun Y, Shen F, Li Y, Qu S, Liu S. Polarization-independent longitudinal multi-focusing metalens. Opt Express 2015; 23: 29855-29866. DOI: 10.1364/OE.23.029855.
  2. Tian S, Guo H, Hu J, Zhuang S. Dielectric longitudinal bifocal metalens with adjustable intensity and high focusing efficiency. Opt Express 2019; 27: 680-688. DOI: 10.1364/OE.27.000680.
  3. Kim C, Kim S, Lee B. Doublet metalens design for high numerical aperture and simultaneous correction of chromatic and monochromatic aberrations. Opt Express 2020; 28: 18059-18076. DOI: 10.1364/OE.387794.
  4. Li M, Li S, Chin L, Yu Y, Tsai D, Chen R. Dual-layer achromatic metalens design with an effective Abbe number. Opt Express 2020; 28: 26041-26055. DOI: 10.1364/OE.402478.
  5. Shan D, Xu N, Gao J, Song N, Liu H, Tang Y, Feng X, Wang Y, Zhao Y, Chen X, Sun Q. Design of the all-silicon long-wavelength infrared achromatic metalens based on deep silicon etching. Opt Express 2022; 30: 13616-13629. DOI: 10.1364/OE.449870.
  6. Chantakit T, Schlickriede C, Sain B, Meyer F, Weiss T, Chattham N, Zentgraf T. All-dielectric silicon metalens for two-dimensional particle manipulation in optical tweezers. Photonics Res 2020; 8: 1435-1440. DOI: 10.1364/PRJ.389200.
  7. Fan C, Chuang T, Wu K, Su G. Electrically modulated varifocalmetalens combined with twisted nematic liquid crystals. Opt Express 2020; 28: 10609-10617. DOI: 10.1364/OE.386563.
  8. Ma X, He W, Xin L, Yang Z, Liu Z. Imaging performance of a mid-infrared metalens with a machining error. Appl Opt 2022; 61: 60-68. DOI: 10.1364/AO.438728.
  9. Qian Z, Tian S, Zhou W, Wang J, Guo H. Broadband achromatic longitudinal bifocal metalens in the visible range based on a single nanofin unit cell. Opt Express 2022; 30: 11203-11216. DOI: 10.1364/OE.450601.
  10. Xie Y, Zhang J, Wang S, Liu D, Wu X. Broadband polarization-insensitive metalens integrated with a charge-coupled device in the short-wave near-infrared range. Opt Express 2022; 30: 11372-11383. DOI: 10.1364/OE.454878.
  11. Liu M, Cao J, Xu N, Wang B. Broadband achromatic metalens for linearly polarized light from 450 to 800  nm. Appl Opt 2021; 60: 9525-9529.
  12. Wang W, Guo Z, Li R, Zhang J, Liu Y, Wang X, Qu S. Ultra-thin, planar, broadband, dual-polarity plasmonic metalens. Photonics Res 2015; 3: 68-71.
  13. Ye H, Sun Q, Guo Z, Hou Y, Wen F, Yuan D, Qin F, Zhou G. Theoretical realization of single-mode fiber integrated metalens for beam collimating. Opt Express 2021; 29: 27521-27529.
  14. Wang G, Habib U, Yan Z, Gomes N, Sui Q, Wang J, Zhang L, Wang C. Highly efficient optical beam steering using an in-fiber diffraction grating for full duplex indoor optical wireless communication. J Lightw Technol 2018; 36: 4618-4625.
  15. Shen Z, Xiang Z, Wang Z, Shen Y, Zhang B. Optical spanner for nanoparticle rotation with focused optical vortex generated through a Pancharatnam–Berry phase metalens. Appl Opt 2021; 60: 4820-4826.
  16. Guo Y, Zhang S, Luo X. Spin-decoupled metasurface for simultaneous detection of spin and orbital angular momenta via momentum transformation. Light Sci Appl 2021; 10: 63.
  17. Jin Z, Janoschka D, Deng J, Ge L, Dreher P, Frank B, Hu G, Ni J, Yang Y, Li J, Yu G et al. Phyllotaxis-inspired nanosieves with multiplexed orbital angular momentum. eLight 2021; 1: 1.
  18. Kotlyar VV, Stafeev SS, Nalimov AG, O’Faolain L, Kotlyar MV. A dual-functionality metalens to shape a circularly polarized optical vortex or a second-order cylindrical vector beam. Photonics Nanostruct 2021; 43: 100898. DOI: 10.1016/j.photonics.2021.100898.
  19. Kotlyar VV, Nalimov AG, Stafeev SS, Hu C, O'Faolain L, Kotlyar MV, Gibson D, Song S. Thin high numerical aperture metalens. Opt Express 2017; 25(7): 8158-8167. DOI: 10.1364/OE.25.008158.
  20. Heckenberg NR, McDuff R, Smith CP, White AG. Generation of optical singularities by computer-generated holograms. Opt Lett 1992; 17(3): 221-223.
  21. Lalanne P, Lemercier-Lalanne D. On the effective medium theory of subwavelength periodic structures. J Mod Opt 1996; 43: 2063-2085.
  22. Kotlyar VV, Nalimov AG. A vector optical vortex generated and focused using a metalens. Computer Optics 2017; 41(5): 645-654. DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-5-645-654.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: journal@computeroptics.ru; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20