_ Aducerea momentului unghiular hologramelor și metasuprafețe

Holografia, inventată de Gabor, oferă o abordare pentru înregistrarea și reconstrucția informațiilor complete (adică intensitatea și faza) luminii dintr-un obiect. De la inventarea sa, tehnologiile holografice au fost aplicate pe scară largă în numeroase domenii, cum ar fi afișarea optică, imagistica, stocarea datelor, criptarea și metrologia.

Într-o nouă lucrare publicată în Light: Science & Applications, o echipă de oameni de știință condusă de profesorii Yueqiang Hu și Huigao de la Universitatea Hunan și Zhenwei Xie de la Universitatea Shenzhen a dezvoltat o metodă unică de aplicare a holografiei momentului unghiular (AM) pentru multiplexarea informațiilor.

Holografie bazat pe dispozitive optice convenționale, cum ar fi modulatorii de lumină spațială (SLM) suferă de dezavantajele rezoluției scăzute și a câmpului vizual mic, împiedicând aplicațiile sale practice. Pe de altă parte, oamenii de știință pot accesa omologul de înaltă rezoluție, grosime ultra-subțire și de înaltă performanță prin înlocuirea componentelor convenționale cu metasuprafețe.

Metasuprafețele, compuse din rețele bidimensionale de lungimi de undă subțiri de împrăștiere la scară nanometrică, permite manipularea luminilor cu grade multiple de libertate (DoF). Oferă o nouă generație de platforme versatile pentru holografia de multiplexare optică.

În acest context, diferite dimensiuni fizice ale luminii, cum ar fi lungimea de undă, unghiul de incidență, starea de polarizare (SoP) și timpul, au fost exploatate ca canale de informare independente pentru sisteme holografice. După ce aproape au epuizat dimensiunile fizice existente pentru multiplexarea holografiei, dimensiunea AM a luminii a apărut ca o nouă oportunitate.

AM optic, o descriere mecanică cuantică a fotonului, a stimulat numeroase aplicații atât în ​​​​clasic, cât și în cel clasic. câmpuri optice cuantice, inclusiv penseta optică, efectul spin-Hall și microscopia cuantică. AM este clasificat ca moment unghiular orbital (OAM) și moment unghiular de spin (SAM).

Folosind eșantionarea adecvată a frecvenței spațiale a unei holograme în spațiul de impuls, OAM a fost implementat ca purtător independent de informații pentru holografia optică. . Holografia OAM-multiplexată arată o capacitate fără precedent de procesare optică a informațiilor datorită modului elicoidal nelimitat și ortogonalității intrinseci. Canalele de polarizare liniară sunt adăugate la holografia dependentă de OAM, sporind și mai mult capacitatea de informare. SAM a fost, de asemenea, explorat pentru holografia de multiplexare, variind de la spin-dependent la spin-decupled.

Numeroase eforturi au fost dedicate generării de holografie vectorială cu polarizare completă. Poate oferi canale de multiplexare nelimitate în principiu datorită capacității de a controla vectorii de polarizare arbitrari pe sfera Poincare (PS), prezentând un potențial mare pentru criptarea optică de mare capacitate. Adăugarea dimensiunii SAM la holografia OAM-multiplexată existentă și manipularea spațială simultană a vectorilor de polarizare completă nu a fost încă investigată.

Cea mai intuitivă abordare de proiectare este segmentarea sau intercalarea mai multor tipuri de meta-atomi, fiecare corespunzătoare unei anumite funcționalități. Astfel de metode îi vor limita eficiența și vor introduce discuții încrucișate nedorite. Pentru a depăși aceste dezavantaje, o metasuprafață constând din meta-atomi neintercalați ar fi o alegere excelentă. Cu toate acestea, realizarea holografiei AM folosind fie strategiile intercalate, fie neintercalate a rămas evazivă.

Echipa de cercetare a demonstrat teoretic și experimental paradigma AM-holografie bazată pe sinergia deplină a SAM și OAM printr-o metasuprafață minimalistă. Metodologia de proiectare a AM-holografiei depinde de controlul independent a celor două stări proprii de spin și de suprapunerea în mod arbitrar a acestora în fiecare canal de operare. Acest lucru a modulat spațial forma de undă rezultată după bunul plac.

Echipa de cercetare demonstrează o meta-hologramă AM care poate reconstrui două seturi de imagini holografice distincte pentru a demonstra conceptul. Acestea sunt cele spin-orbitale blocate (SOL) și spin-suprapuse (SS), rezultând holografia multidimensională și multicanal determinată de incidentul AM. Meta-hologramele AM ​​cu mai multe canale au oferit blocări de securitate suplimentare, permițându-ne să construim platforma avansată de criptare optică imbricată pentru a revoluționa schemele de criptare optică existente, care sufereau de capacitatea limitată a datelor sau de securitate scăzută.

În cadrul strategie de criptare optică imbricată, imaginile holografice SOL și SS sunt folosite pentru a cripta și decripta informațiile optice într-o anumită secvență, făcând informațiile codificate invulnerabile la anumite atacuri de forță brută.

Schema de criptare imbricată deține teoretic canale de informații nelimitate din holografia AM, care răspund cerinței tot mai mari de transmitere paralelă a informațiilor de înaltă securitate. Este demn de remarcat faptul că strategia de proiectare este generalizată și poate fi extinsă pentru a obține alte funcționalități de modelare a formei de undă, cum ar fi generarea de lumină structurată spațială și nodurile de polarizare.

(Fluierul)