微小アンテナの集合体が光の増幅と制御を可能に (Collection of tiny antennas can amplify, control light)

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2025-02-20 ワシントン大学セントルイス校

ワシントン大学セントルイス校(WashU)のマッケルビー工学部の研究チームは、光を精密に増幅・制御できる新しいメタサーフェスを開発しました。この超薄型材料は、ナノアンテナの集合体で構成され、従来の眼鏡やスマートフォンのレンズを置き換える可能性があります。また、拡張現実(AR)や仮想現実(VR)、LiDAR(光検出と測距)などの動的アプリケーションの性能向上にも寄与すると期待されています。従来のメタサーフェスは、特定の偏光状態の光にのみ反応するという制限がありましたが、今回の研究では、偏光に依存せず高精度かつ高効率で動作するメタサーフェスの開発に成功しました。この成果は、2025年1月28日に『Nano Letters』誌にオンライン掲載されました。

<関連情報>

偏光に依存しない高Q位相勾配メタサーフェス Polarization-Independent High-Q Phase Gradient Metasurfaces

Bo ZhaoLin Lin,and Mark Lawrence

Nano Letters  Published: January 28, 2025

DOI:https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c05260

Abstract

微小アンテナの集合体が光の増幅と制御を可能に (Collection of tiny antennas can amplify, control light)

Dielectric metasurfaces have emerged as an unprecedented platform for precise wavefront manipulation at subwavelength scales with nearly zero loss. When aiming at dynamic applications such as AR/VR and LiDAR, high-quality factor (high-Q) phase gradient metasurfaces have emerged as a way to boost weak light–material interactions in flat-optical components. However, resonant features are naturally tied to polarization, limiting devices to operating on a single polarization state, which reduces the efficiency and adaptability of wave-shaping. Here, we propose polarization-independent high-Q phase gradient metasurfaces, where two cross-polarized dipolar guided mode resonances (DGMRs) with similar Q around 300 are spectrally aligned while being spatially tuned. Our simulations demonstrate that, by adding less than 5% geometric perturbation, the metasurface can steer arbitrarily polarized beams to 31° with diffraction efficiency >70%. These devices show potential for advancing programmable polarization-independent wavefront shaping and unlocking ways to efficiently sculpt nonlinear frequency generation and mixing processes.

0403電子応用
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