Demostración de metahologramas visibles girados multiplexados y multiplexados por dirección

Resumen

Presentamos un protocolo para la fabricación de metahologramas visibles multiplexados por giro y dirección, y luego llevamos a cabo un experimento óptico para verificar su función. Estos metahologramas pueden visualizar fácilmente la información codificada, por lo que se pueden utilizar para la visualización volumétrica proyectiva y el cifrado de información.

Resumen

La técnica de holografía óptica realizada por metasurfaces ha surgido como un enfoque novedoso para la visualización volumétrica proyectiva y la visualización de cifrado de información en forma de dispositivos ópticos ultrafinos y casi planos. En comparación con la técnica holográfica convencional con moduladores de luz espacial, el metaholograma tiene numerosas ventajas como la miniaturización de la configuración óptica, una mayor resolución de imagen y un mayor campo de visibilidad para imágenes holográficas. Aquí, se informa de un protocolo para la fabricación y caracterización óptica de metahologramas ópticos que son sensibles al giro y la dirección de la luz incidente. Las metasuperficies están compuestas de silicio amorfo hidrogenado (a-Si:H), que tiene un gran índice de refracción y un pequeño coeficiente de extinción en todo el rango visible, lo que resulta en una alta transmitancia y eficiencia de difracción. El dispositivo produce diferentes imágenes holográficas cuando se cambia el giro o la dirección de la luz incidente. Por lo tanto, pueden codificar varios tipos de información visual simultáneamente. El protocolo de fabricación consiste en la deposición de película, escritura de haz de electrones y posterior grabado. El dispositivo fabricado se puede caracterizar mediante una configuración óptica personalizada que consta de un láser, un polarizador lineal, una placa de un cuarto de onda, una lente y un dispositivo acoplado a la carga (CCD).

Introducción

Las metasuperficies ópticas compuestas de nanoestructuras de sub-longitud de onda han permitido muchos fenómenos ópticos interesantes, incluyendo la ocultación óptica¹, refracción negativa², absorción de luz perfecta³, filtrado de color⁴, proyección de imagen holográfica⁵, y la manipulación de haz^6,7,8. Las metasuperficies ópticas que tienen dispersores adecuadamente diseñados pueden modular el espectro, el frente de onda y la polarización de la luz. Las pri....

Protocolo

1. Fabricación de dispositivos

NOTA: La Figura 1 muestra el proceso de fabricación de a-Si:H metasurfaces¹⁷.

1. Preparar una pieza de oblea de sílice fundida (tamaño 2 cm x 2 cm, espesor de 500 m) como sustrato. Enjuague el sustrato con acetona y alcohol isopropílico (IPA) y luego sople gas nitrógeno sobre el sustrato para secarlo.
2. Depositar una película a-Si:H de 380 nm de espesor en el sustrato utilizando la deposición de vapor químico mejorada por plasma (PECVD) con los siguientes ajustes: temperatura de la cámara a 300 oC; potencia de radiofrecuencia 800 W; caudal de....

Resultados

Las metasuperficies a-Si:H permiten una alta eficiencia de polarización cruzada y se pueden fabricar utilizando un método (Figura 1) que es compatible con CMOS; este rasgo puede permitir la fabricación escalable y la comercialización casi futura. La imagen SEM muestra las metasuperficies a-Si:H fabricadas (Figura 2). Además, a-Si:H tiene un índice de refracción más grande que TiO₂ y GaN, por lo que incluso con nanoestructura de baja relación .......

Discusión

Las metasuperficies a-Si:H se fabricaron en tres pasos principales: deposición de película delgada a-Si:H usando PECVD, EBL preciso y grabado en seco. Entre estos pasos, el proceso de escritura de EBL es el más importante. En primer lugar, la densidad del patrón en las metasuperficies es bastante alta, por lo que el proceso requiere un control preciso sobre la dosis de electrones (energía) y parámetros de escaneo como el número de puntos por área de unidad. La condición de desarrollo también debe elegirse cuida.......

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
Aceton	J.T. Baker	925402
Beam splitter	Thorlabs	CCM1-BS013/M
Chromium etchant	KMG	Cr-7
Chromium evaporation source	Kurt J. Lesker	EVMCR35D
Clamp	Thorlabs	CP175
Conducting polymer	Showa denko	E-spacer
Diode laser	Thorlabs	CPS635
E-beam evaporation system	Korea Vacuum Tech	KVE-E4000
E-beam resist	Microchem	495 PMMA A2
Electron beam lithography	Elionix	ELS-7800
Half-wave plate	Thorlabs	AHWP05M-600
Inductively-coupled plasma reactive ion etching	DMS	-
Iris	Thorlabs	SM1D12
Isopropyl alcohol	J.T. Baker	909502
Kinematic mirror mount	Thorlabs	KM100/M
Lens	Thorlabs	LB1630
Lens Mount	Thorlabs	LMR2/M
Linear polarizer	Thorlabs	GTH5-A
Mirror	Thorlabs	PF10-03-G01
Neutral density filter	Thorlabs	NDC-50C-4
Plasma enhanced chemical vapor deposition	BMR Technology	HiDep-SC
Post	Thorlabs	TR75/M
Post holder	Thorlabs	PH75E/M
Quarter-wave plate	Thorlabs	AQWP10M-580
Resist developer	Microchem	MIBK:IPA=1:3
Rotational mount	Thorlabs	RSP1/M
Scanning electron microscopy	Hitachi	Regulus8100
XY translation mount	Thorlabs	XYF1/M
1-inch adapter	Thorlabs	AD11F
1-inch lens mount	Thorlabs	CP02/M