Структурированные световые пучки с управляемой поляризацией по произвольным траекториям

Важные новости

Структурированные световые лучи с управляемой поляризацией по произвольным траекториям

Принципиальная схема конструкции структурированных световых лучей. (а) Распределение фазы во входной плоскости, (б) пространственный след прохождения цилиндрической винтовой траектории, (в) распределения поляризации на падающей плоскости, (г) состояния поляризации, соответствующие различным расстояниям распространения z на сфере Пуанкаре для линейных изменения продольной поляризации, (д) ​​распределения поляризации в плоскости падения, (е) состояния поляризации, соответствующие различным расстояниям распространения z на сфере Пуанкаре для нелинейных изменений продольной поляризации. Фото: Оптоэлектронная наука (2024 г.). DOI: 10.29026/oes.2024.230052

Структурированный свет относится к световому полю, которое «настраивается» как в пространстве, так и во времени, характеризующееся уникальным распределением амплитуды, фазы и состояния поляризации как в пространстве, так и во времени. <р>Поляризация играет решающую роль в структурированных световых пучках. Помимо манипулирования поляризацией в одной поперечной плоскости, важным аспектом также является управление поляризацией вдоль направления распространения в продольных структурированных световых пучках.

Текущие исследования в основном сосредоточены на управлении поляризацией лучей вдоль оптической оси. Однако это сильно ограничивает пространственную свободу поляризации для продольно структурированных световых пучков.

Стоит изучить, возможно ли освободиться от ограничений оптической оси и манипулировать поляризацией вдоль любой траектории передачи в пространстве. Это может привести к генерации структурированных световых пучков с поляризацией, которая меняется вдоль произвольных траекторий, открывая новые возможности для создания настраиваемых пространственных структурированных источников света.

В исследовании, опубликованном в Opto-Electronic Science, исследователи использовали трехслойные металлические метаповерхности для генерации структурированных световых пучков с вариациями поляризации вдоль произвольных пространственных траекторий.

Чтобы добиться такого индивидуального пространственного структурированного освещения, в работе сначала была разработана функция фазовой модуляции на входной плоскости, состоящая из серии расширяющихся круглых колец с движущимися центрами. Траекторная кривая распространения формируется за счет схождения конических лучей, излучаемых из этих движущихся круговых колец, на входную плоскость.

Во-вторых, за счет управления амплитудой и разностью фаз ортогонально поляризованных составляющих луча, соответствующих движущимся круговых колец, можно достичь контроля поляризации в каждой точке заданной траектории передачи.

Следуя заданной спиральной траектории передачи, они разработали непрерывные вариации структурированного света, поляризованного от 15° до 15 градусов. до 75° вдоль линии экватора по шкале Пуанкаре; сфере, а также непрерывные изменения структурированного света, поляризованного от 15° до круговой поляризации, а затем до 75° вдоль экватора северного полушария.

Для получения интенсивности, амплитуды и разности фаз компонент электрического поля Ex и Ey на различных расстояниях передачи z использовалась система формирования изображения в терагерцовой фокальной плоскости. При модуляции метаповерхности появился главный лепесток высокой яркости, окруженный несколькими боковыми лепестками, а общее распределение интенсивности светового поля напоминало функцию Бесселя нулевого порядка.

  • Структурированные световые лучи с управляемой поляризацией по произвольным траекториям

    Экспериментальные результаты для структурированного светового пучка с линейными изменениями продольной поляризации вдоль винтовой траектории прохождения. (а), (б) Профили напряженности электрического поля в поперечном сечении на расстоянии z=15 мм для моделирования и эксперимента соответственно. (c) Профили интенсивности поперечного сечения (красные и синие сплошные линии), извлеченные из (a) и (b) в местах белых пунктирных линий. (г) Напряженность составляющей электрического поля и напряженность электрического поля на разных расстояниях. (д), (е) Амплитуды и разность фаз компонент электрического поля Ex и Ey на разных расстояниях распространения. g) теоретические, смоделированные и экспериментальные траектории передачи. Фото: Оптоэлектронная наука (2024 г.). DOI: 10.29026/oes.2024.230052

  • Структурированные световые лучи с управляемой поляризацией по произвольным траекториям

    Экспериментальные результаты структурированного светового пучка с нелинейным изменением продольной поляризации вдоль винтовой траектории прохождения. (а) Распределение напряженности Ex, Ey и полного электрического поля на разных расстояниях. (б) Расчетные и экспериментальные амплитуды и (в) разность фаз компонент электрического поля Ex и Ey на разных расстояниях распространения. d) теоретические, смоделированные и экспериментальные траектории передачи. Фото: Оптоэлектронная наука (2024 г.). DOI: 10.29026/oes.2024.230052

Наблюдая за распределением интенсивности светового поля на разных расстояниях передачи z, они обнаружили, что главный лепесток луча вращался против часовой стрелки в непрерывном диапазоне от 5 мм. до 15 мм, при этом Ix постепенно уменьшается, а Iy постепенно увеличивается.

Разница заключается в том, что разность фаз Ex и Ey между двумя структурированными источниками света в диапазоне от 5 мм до 15 мм постепенно меняется от 0 до -π соответственно, что соответствует синтезированным состояниям поляризации, которые согласуются с теоретическим моделированием. .

Предложение о структурированных световых пучках с произвольной траекторией и продольно изменяющейся поляризацией предлагает практический метод непрерывного регулирования характеристик пространственно структурированных световых лучей с неосевым пропусканием и открывает новые возможности для создания индивидуального пространственно структурированного света. балки. Этот метод потенциально может использоваться в оптическом шифровании, манипулировании частицами и биомедицинской визуализации.

Дополнительная информация: Тонг Нан и др., Генерация структурированных световых лучей с помощью изменение поляризации вдоль произвольных пространственных траекторий с использованием трехслойных метаповерхностей, Оптоэлектронная наука (2024). DOI: 10.29026/oes.2024.230052

Предоставлено Compuscript Ltd

Новости сегодня

Последние новости