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  • 三通道、非正交偏振的超表面图像复用技术

    作者:武汉大学郑国兴教授课题组 来源:投稿 时间:2021-01-23 18:23 阅读:829 [投稿]
    武汉大学电子信息学院的郑国兴教授课题组提出了一种三通道、非正交偏振的超表面图像复用技术。该技术基于SOI (silicon-on-insulator) 材料,通过对SOI材料的一次刻划,即可将三幅图像信息记录在一片毫米量级大小的SOI材料表面,且每个像素大小低至400 nm × 400 nm。

    偏振复用技术在光纤通信、光存储、信息编码等领域有着广泛的应用。常见的复用方法是利用两个处于正交态的光分别独立携带信息,比如x线偏光和y线偏光、左旋和右旋圆偏光等。最近,出现了利用两个非正交态的偏振光携带信息的报道,但也还是仅限于双通道信息的存储。如何在有限的硬件条件下拓展信息的通道数量对于提升信息密度、增强信息安全具有重要的意义。

    最近,武汉大学电子信息学院的郑国兴教授课题组提出了一种三通道、非正交偏振的超表面图像复用技术。该技术基于SOI (silicon-on-insulator) 材料,通过对SOI材料的一次刻划,即可将三幅图像信息记录在一片毫米量级大小的SOI材料表面,且每个像素大小低至400 nm × 400 nm。在自然光照明下,所有图像均不能被解码;通过在入射光路和反射光路均插入偏振片,并调节两块偏振片的透光方向至设计值,即可通过放大镜在反射方向观察到图像。此外,改变两个偏振片的透光方向,可以实现三幅图像显示的任意切换,且图像的分辨率高达63500 dpi。

    超表面由周期性排列的硅纳米砖阵列、二氧化硅层以及硅衬底组成。其中,纳米砖阵列的单元结构均为大小相同、方位角不同的长方体,纳米砖的长边和短边分别作为对电磁波响应的长轴和短轴,通过改变长轴和短轴的长度,可以调节纳米砖的电磁共振,从而设计出能够实现起偏器功能的纳米砖,即,入射光中只有沿短轴方向的偏振光发生部分反射,而沿长轴方向的偏振光不反射。我们将其与从马吕斯定律推导出的纳米结构转角简并性相结合,巧妙地设计了纳米砖阵列的方位角排布,从而实现在不同入射和出射光偏振态组合下三幅图像的复用和显示。

    为验证该方法,课题组设计了一个大小为200 × 200 μm2的超表面图像显示样片,三幅图像分别为荷花、老鼠和鱼。实验结果表明,在三种入射出射光偏振态的组合下,三幅图像均能够清晰地被显示,与设计结果完全符合(如下图所示),从而证明了这种三通道、非正交偏振复用技术的可行性。


    上述工作发表在近期的Optics Express (“Non-orthogonal-polarization multiplexed metasurfaces for tri-channel gray-imaging”) 上,并被遴选为Editor’s Pick (编辑精选)。

    该工作得到国家自然科学基金 (11774273,11904267,91950110)等项目的资助。

    论文链接:https://doi.org/10.1364/OE.415403 

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