新加坡国立大学，Nature Communications!
文摘
2024-11-15 07:30
青海
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光学发射体的准直性和定向辐射是许多光学应用中的关键问题，尤其是在传感、光通信和量子光学等领域。传统的解决方法依赖于大型光学元件，如透镜、光束分离器和镜子，而随着对紧凑型激光器和集成光子技术的需求不断增加，亟需开发能够高效进行辐射引导和发射放大的微型光学器件。为了解决定向辐射问题，研究者们探索了多种方法，包括纳米天线、相位梯度超表面、混合等离子体-发射体耦合超表面以及手性光子晶体波导等。然而，这些方法通常需要精确的发射体定位、复杂的激发技术，或者在处理手性效应时仍存在一定局限性。与传统的材料设计方法相比，具有单向共振模式的介质超表面在定向辐射控制中展现了巨大的潜力。这些超表面能够通过近场相互作用将随机偏振的发射体与共振模式耦合，产生单向辐射效果。尽管已在多个设计中展示了手性共振，但实际实现单向手性辐射仍然面临多维精确控制的挑战，尤其是在结构设计自由度上。为此，研究者们提出通过堆叠和扭曲的双层超表面设计来解决这一问题，利用不同的结构参数来调控手性和辐射方向性。近日，来自新加坡国立大学Cheng-Wei Qiu团Zhaogang Dong & Lin Wu等研究者在超表面设计方面取得了新进展。该团队设计并制造了扭曲的双层超表面，成功实现了共振模式的手性和定向辐射控制。通过引入三个主要自由度：层间距、缺口角度和横向位移，研究者们可以精确控制超表面的光学响应。具体来说，随着层间距和横向位移的调节，该团队能够从内在手性共振过渡到单向手性共振，成功实现了在钙钛矿量子点（QDs）上的单向手性发射。该研究不仅展示了扭曲双层超表面在手性控制上的优势，还揭示了其在多个角度范围内的辐射方向性调控能力。与传统的设计方法相比，双层超表面的堆叠和位移引入的相位差显著增强了定向发射的效果，使得光的发射更加集中和高效。通过该设计，研究者成功获得了在正x轴方向上发射的圆偏振光，而在相反方向的辐射被抑制，展现出卓越的单向手性辐射特性。这一发现为实现高效的光学发射控制提供了新的思路，并为未来的光子学器件，如微型激光器、光栅耦合器和手性纳米天线等应用开辟了新的技术路径。👉 点击左下角“阅读原文”，即可直达原文！💖
