В новой статье, опубликованной в eLight, группа ученых, совместно возглавляемая профессором Цзянь-Вэнь Донгом из Университета Сунь Ятсена и Лэем Чжоу из Университета Фудань, обнаружила, что направленность излучения оптических мод является ключом к преодолению этой фундаментальной проблемы. С помощью теоретического анализа они создали полную фазовую диаграмму для построения резонансных спектров с помощью направленности излучения, показав, что пространственная инверсионная симметрия и высоконаправленное излучение оптических мод являются существенными физическими условиями для нарушения привязки угла к длине волны.

Основываясь на этом, они ввели степень бокового смещения в двухслойных метагратировках. Такая конструкция сохраняет пространственную инверсионную симметрию, нарушая при этом вертикальную зеркальную симметрию, что позволяет точно регулировать угловую направленность излучения. Теоретически они предсказали, что резонансное отражение происходит только при нормальном падении и вблизи центральной длины волны. Они также предложили общие конструкции для достижения пространственно-спектральной селективности при произвольных углах и длинах волн.

"Направленность излучения действует подобно "волшебному ластику", позволяя нам точно подавлять спектральную характеристику света вдоль дисперсионной кривой. Эта возможность обеспечивает независимую избирательность угла и длины волны, преодолевая ограничение, налагаемое внутренней дисперсией", - резюмировали они.

"Экспериментальное изготовление двухслойных метарешеток является еще одной сложной задачей, поскольку достижение как плоскостности ультратонких разделительных слоев, так и точного поперечного смещения между слоями требует сложных методов нанопроизводства", - добавили они.

Чтобы решить эту проблему, они разработали новый подход к изготовлению, включающий несколько этапов травления, косвенные измерения толщины и итеративные процессы осаждения. Это было объединено с высокоточной технологией выравнивания двух слоев для успешного изготовления высококачественных рабочих двухслойных метаграфов в ближнем инфракрасном диапазоне. Этот метод обеспечивает превосходную плоскостность прокладки и возможность настройки толщины, точность выравнивания ~ 10 нм и совместимость с различными материалами прокладки, создавая гибкую экспериментальную платформу для изучения двухслойных фотонных систем.

Используя эту платформу, они экспериментально продемонстрировали высокую отражательную способность, возникающую только под одним углом и на одной длине волны. Чтобы подтвердить, что новый коэффициент отражения зависит от направленности излучения, они также выполнили измерения оптической микроскопии с угловым разрешением, чтобы охарактеризовать направленность излучения образца. Объединив теорию связанных во времени мод с методами измерения кросс-поляризации, они количественно измерили однонаправленное излучение резонансных мод.

Кроме того, исследовательская группа стала пионером в разработке высокоточных двухслойных метаграфов миллиметрового масштаба и успешно добилась получения высококонтрастных изображений с одновременной пространственной и спектрально-частотной избирательностью при 0° и 1342 нм. Это открывает новые возможности для компактных оптических изображений и технологий оптических вычислений.

"Это исследование не только предлагает инновационное решение для решения фундаментальной проблемы независимого управления углом и длиной волны, но и дает новое представление о технологических приложениях, таких как дисплеи AR / VR, спектральные изображения, когерентное тепловое излучение и передовое производство полупроводников", - прогнозируют ученые.