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韓國高等科學(xué)技術(shù)學(xué)院電氣工程學(xué)院Min Seok Jang課題組--電調(diào)諧石墨烯等離子體元分子的完全復(fù)振幅調(diào)制
      光的動態(tài)高分辨率波前調(diào)制是光子學(xué)中一個長期的研究課題。通過納米級光學(xué)元件或超分子,超表面已顯示出潛力,可以實現(xiàn)亞波長分辨率的光處理,從而克服傳統(tǒng)空間光調(diào)制器的局限性。目前,最先進(jìn)的有源超表面是通過對超原子的相位調(diào)制來操作的,它們無法獨立控制散射振幅,導(dǎo)致所需波陣面的重建較差。這一基本問題對依賴于亞波長時空復(fù)合場調(diào)制(包括動態(tài)全息、高分辨率成像、光鑷和光學(xué)信息處理)的應(yīng)用提出了嚴(yán)重的性能限制。在這里,我們提出了“元分子”策略,其中包含兩個獨立的亞波長散射體,由貴金屬天線耦合到柵極,可調(diào)諧石墨烯等離子體納米諧振器。該分子的雙參數(shù)控制確保了光的振幅和相位的完全控制,使2π相移和包括完美吸收的大振幅調(diào)制成為可能。我們進(jìn)一步開發(fā)了一個普通的圖解模型來檢查完全復(fù)振幅調(diào)制的基本要求,提供了直觀的設(shè)計準(zhǔn)則,以最大限度地提高亞表面的可調(diào)諧性。為了說明我們設(shè)計的可重構(gòu)性,我們演示了周期排列的超分子中的動態(tài)光束控制和全息波前重建。 
 
Figure 1. (a)由一對獨立控制的石墨烯等離子體元原子組成大分子的示意圖。反射的(b)振幅圖和(c)相圖。反射的橫向磁場分量(Hy/H0),(d)沿實心藍(lán)線顯示出具有恒定幅度(| r | = 0.5)的相位調(diào)制,以及(e)沿著紅色實線顯示出具有恒定相位(? = 0)的完美吸收的幅度調(diào)制。在(d)和(e)中,比例尺為4μm。代表性電場(|E|/|E0|)分布在(f)具有固定振幅和(g)具有固定相位的元分子周圍。在(f)和(g)中,比例尺為500nm。
 

Figure 2. 在理想情況下,顯示為閉合圓的(a)表面導(dǎo)納和(b)復(fù)振幅。在實際情況下,呈現(xiàn)電弧的(c)表面導(dǎo)納和(d)復(fù)振幅。
 

Figure 3. (a)元原子電路模型的示意圖。(b)當(dāng)螺距隨固定金屬間隙變化時,用電路模型計算表面導(dǎo)納。(c)當(dāng)金屬間隙隨固定螺距變化時,用電路模型計算表面導(dǎo)納。
 

Figure 4.光束轉(zhuǎn)向的角度(θr)為(a)20.9°,(b)45.5°,(c)72.0°。(d)光束轉(zhuǎn)向的散射參數(shù)(|S|)的大小。(e)元分子全息波前計算與重建原理圖。(f) 在自由空間,波長(λ0)為7μm,(x,z)=(0μm,7μm) 處單聚焦的反射磁強度(|H|2/|H0|2)分布。(g)三重聚焦的磁場強度(|H|2/|H0|2)分布。 
 
      相關(guān)研究成果于2020年由韓國高等科學(xué)技術(shù)學(xué)院電氣工程學(xué)院Min Seok Jang課題組,發(fā)表在ACS NANO(DOI: 10.1021/acsnano.9b09277)上。原文:Complete Complex Amplitude Modulation with Electronically Tunable Graphene Plasmonic Metamolecules。
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