Металинза для острой фокусировки оптического вихря с круговой поляризацией при освещении светом с линейной поляризацией

Налимов А.Г., Котляр В.В.

ИСОИ РАН – филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН,

443001, Россия, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 151,

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва

443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе, д. 34

Аннотация:
Рассчитана трёхуровневая спиральная металинза в плёнке аморфного кремния, рельеф которой состоит из двух субволновых решёток с периодом 220 нм (для длины волны 633 нм) и глубиной 90 нм и 170 нм, которая при освещении светом с линейной поляризацией формирует оптический вихрь с топологическим зарядом 2 и левой круговой поляризацией. Распределение интенсивности в фокусе на расстоянии 633 нм от поверхности металинзы имеет вид круглого субволнового кольца, а продольная проекция вектора Пойнтинга на оптической оси отрицательная (обратный поток энергии). Две субволновые решётки с разной глубиной работают как четвертьволновые пластинки и преобразуют линейную поляризацию в круговую, но с задержкой по фазе на половину длины волны. Такая металинза выполняет функции трёх оптических элементов: четвертьволновой пластинки, спиральной фазовой пластинки и дифракционной микролинзы с высокой числовой апертурой (близкой к единице).

Ключевые слова:
оптический вихрь, поляризация, четвертьволновая пластинка, обратный поток, металинза

Цитирование:
Налимов, А.Г. Металинза для острой фокусировки оптического вихря с круговой поляризацией при освещении светом с линейной поляризацией / А.Г. Налимов, В.В. Котляр // Компьютерная оптика. – 2019. – Т. 43, № 4. – С. 528-534. – DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-4-528-534.

Литература:

  1. Bomzon, Z. Radially and azimuthally polarized beams generated by space-variant dielectric subwavelength gratings / Z. Bomzon, G. Biener, V. Kleiner, E. Hasman // Optics Letters. – 2002. – Vol. 27, Issue 5. – P. 285-287.
  2. Bomzon, Z. Pancharatnam–Berry phase in space-variant polarization-state manipulations with subwavelength gratings / Z. Bomzon, V. Kleiner, E. Hasman // Optics Letters. – 2001. – Vol. 26, Issue 18. – P. 1424-1426.
  3. Ghadyani, Z. Concentric ring metal grating for generating radially polarized light / Z. Ghadyani, I. Vartiainen, I. Harder, W. Iff, A. Berger, N. Lindlein, M. Kuittinen // Applied Optics. – 2011. – Vol. 50, Issue 16. – P. 2451-2457.
  4. Lin, J. Nanostructured holograms for broadband manipulation of vector beams / J. Lin, P. Genevet, M.A. Kats, N. Antoniou, F. Capasso // Nano Letters. – 2013. – Vol. 13, Issue 9. – P. 4269-4274.
  5. Genevet, P. Holographic optical metasurfaces: a review of current progress / P. Genevet, F. Capasso // Reports on Progress in Physics. – 2015. – Vol. 78, Issue 2. – 024401.
  6. Päivänranta, B. Low-cost fabrication of form-birefringent quarter-wave plates / B. Päivänranta, N. Passilly, J. Pietarinen, P. Laakkonen, M. Kuittinen, J. Tervo // Optics Express. – 2008. – Vol. 16, Issue 21. – P. 16334-16342.
  7. Lin, M.-Y. Design and fabrication of birefringent nano-grating structure for circularly polarized light emission / M.-Y. Lin, T.-H. Tsai, Y.L. Kang, Y.-C. Chen, Y.-H. Huang, Y.-J. Chen, X. Fang, H.Y. Lin, W.-K. Choi, L.A. Wang, C.-C. Wu, S.-C. Lee // Optics Express. – 2014. – Vol. 22, Issue 7. – P. 7388-7398.
  8. Lin, M.-Y. Design and fabrication of nano-structure for three-dimensional display application / M.-Y. Lin, T.-H. Tsai, L.-J. Hsiao, W.-C. Tu, S.-H. Wu, L.A. Wang, S.-C. Lee, H.Y. Lin // IEEE Photonics Technology Letters. – 2016. – Vol. 28, Issue 8. – P. 884-886.
  9. Levy, U. Engineering space-variant inhomogeneous media for polarization control / U. Levy, C.-H. Tsai, L. Pang, Y. Fainman // Optics Letters. – 2004. – Vol. 29, Issue 15. – P. 1718-1720.
  10. Lerman, G.M. Generation of a radially polarized light beam using space-variant subwavelength gratings at 1064 nm / G.M. Lerman, U. Levy // Optics Letters. – 2008. – Vol. 33, Issue 23. – P. 2782-2784.
  11. Kotlyar, V.V. Thin high numerical aperture metalens / V.V. Kotlyar, A.G. Nalimov, S.S. Stafeev, Changyu Hu, L. O'Faolain, M.V. Kotlyar, D. Gibson, S. Song // Optics Express. – 2017. – Vol. 25, Issue 7. – P. 8158-8167. – DOI: 10.1364/OE.25.008158.
  12. Kotlyar, V.V. Subwavelength grating-based metalens for focusing of laser light / V.V. Kotlyar, S.S. Srafeev, A.G. Nalimov, L. O’Faolain // Applied Physics Letters. – 2019. – Vol. 114, Issue 14. – 141107. – DOI: 10.1063/1.5092760.
  13. Kotlyar, V.V. Single metalens for generating polarization and phase singularities leading to a reverse flow of energy / V.V. Kotlyar, A.G. Nalimov, S.S. Stafeev, L. O’Faolain // Journal of Optics. – 2019. – Vol. 21, Issue 5. – 055004. – DOI: 10.1088/2040-8986/ab14c8.
  14. Kotlyar, V.V. Energy density and energy flux in the focus of an optical vortex: reverse flux of light energy / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, A.G. Nalimov / Optics Letters. – 2018. – Vol. 43, Issue 12. – P. 2921-2924. – DOI: 10.1364/OL.43.002921.
  15. Levy, U. Engineering space-variant inhomogeneous media for polarization control / U. Levy, C.H. Tsai, L. Pang, Y. Fainman // Optics Letters. – 2004. – Vol. 29, Issue 15. – P. 1718-1720.

     


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