动量空间中基于复振幅超表面的轨道角动量全息
发布时间：2022-04-15 16:09:49
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作者：LY.Young 光学前沿
摘要
随着超表面技术的发展，数字光学全息图可以实现纳米级的分辨率。这有利于数据加密，数据存储，信息处理和三维显示等应用。然而，全息图的带宽对于任意的实际应用来说还是太低。为了克服这个困难，信息可以储存在光的轨道角动量里，因为这个自由度有一组无限的正交螺旋模式，可作为信息通道。迄今为止，轨道角动量全息已经通过相位型超表面实现，然而，这种技术受到通道串扰的损害，因此只展示了来自四个通道的多路复用信息。
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正文
动量空间中基于复振幅超表面的轨道角动量全息
技术背景：
随着超表面技术的发展，数字光学全息图可以实现纳米级的分辨率。这有利于数据加密，数据存储，信息处理和三维显示等应用。然而，全息图的带宽对于任意的实际应用来说还是太低。为了克服这个困难，信息可以储存在光的轨道角动量里，因为这个自由度有一组无限的正交螺旋模式，可作为信息通道。迄今为止，轨道角动量全息已经通过相位型超表面实现，然而，这种技术受到通道串扰的损害，因此只展示了来自四个通道的多路复用信息。
英文缩写：
轨道角动量:orbital angular momentum, OAM
复振幅OAM-复用超表面全息图：complex-amplitude OAM-multiplexing metasurface hologram, COMH
基于此，德国慕尼黑大学的Haoran Ren和Stefan A.Maier等人提出了一种多达200个独立轨道角动量通道复用的轨道角动量全息术。(1)在动量空间设计一个复振幅超表面，其具有完全且独立的振幅及相位操纵；
(2)使用光的不同轨道角动量模式通过傅里叶变换提取信息，实现无透镜重建和全息视频显示；(3)超表面使用三维打印技术在二氧化硅上的聚合物基质中打印。
图1、基于大规模COMH的超高维度OAM复用全息原理。
a、时间相关的图像帧用连续螺旋模式指数范围从-50到50的OAM signature编码。
b、3D激光打印制造的COMH的局部放大示意图，其中双折射聚合物纳米柱的高度H和平面内旋转角度θ分别对透射光的幅度和相位响应进行独立控制。
c、基于COMH的两个图像平面(z1和z2)上的光学可寻址全息视频显示，可以在COMH的动量空间寻址大量依赖于OAM的正交图像帧
视频2：图像平面z=z2的全息视频显示
(1)、使用商业光刻系统(Photonic Professional GT, Nanoscribe)。在IP-L 780 resist(Nanoscribe)中，通过浸入式配置的Plan-Apochromat 63x/1.40 Oil DIC Zeiss显微物镜在铟锡氧化物涂层的soda lime玻璃基板上制造聚合物超表面样品。激光功率和扫描速度的优化打印参数分别为47.5mW和7000um/s。(2)、激光曝光后，将样品浸入propylene glycol monomethyl ether acetate(Sigma-Aldrich) 20 分钟、 isopropanol (Sigma-Aldrich) 5 分钟和methoxynonafluorobutane（Novec 7100 Engineered，3M，methoxy group OCH3置于methoxynonafluorobutane的末端)2分钟。(3)、最后，制造的样品通过蒸发在空气中干燥。为了增加具有非常高纵横比的聚合物纳米柱的机械强度，在复振幅超表面的3D光学中采用了small hatching（激光的横向移动步长：20 nm）和切片（激光的纵向移动步长：50 nm）距离。为了显著提高制造吞吐量，选择了振镜扫描模式，每个扫描场仅限于100 µm × 100 µm的square unit cell，以减少拼接错误和光学像差。
参考文献：Ren, H., Fang, X., Jang, J. et al. Complex-amplitude metasurface-based orbital angular momentum holography in momentum space. Nat. Nanotechnol. 15, 948–955 (2020).DOI：https://doi.org/10.1038/s41565-020-0768-4关于昊量光电：
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