Universally polarization-insensitive achromatic metasurfaces

Şeffaf optik elemanlar, optik sensörler, ekranlar ve görüntüleme sistemleri gibi birçok modern elektro-optik sistemin anahtar bileşenlerini oluşturur. Geleneksel şeffaf optik elemanların çalışma prensibi faz biriktirmeye dayanır. Çalışma prensiplerinin doğrudan sonucu olarak, bu optik elemanlar belirli alt limitlerin altına inemez. Metayüzeyler, dalga boyundan küçük kalınlıklarda dalga yüzünün tam kontrolüne imkân sağladıkları için, geleneksel optik elemanların yerini alabilir ve onların maruz kaldığı boyut sınırlandırmalarını aşabilir. Metayüzey kavramının ilk örnekleri metal nanoyapılar kullanan plazmonik metayüzeylerdi. Ancak, plazmonik metayüzeyler temel omik kayıplara maruz kaldıkları için şeffaf optik parçalar olarak kullanıldıklarında düşük verimle çalışırlar. Bu durum araştırmacıları elektriksel olarak yalıtkan yapıları kullanmaya yönlendiriyor. Bu yalıtkan malzemelerin kullanıldığı çalışmalar şimdiye kadar genel olarak rezonans ayarlama ve Pancharatnam-Berry (PB) fazı, diğer adıyla geometrik faz, yaklaşımlarına dayanıyor. Verim üzerindeki kısıtlamaları aşmış olsalar da, bu çalışmalarda önerilen ve gösterilen metayüzeyler, ya polarizasyon-bağımlılığından ya da dar bant genişliğinden muzdariptir. Biz bu tezde bu problemlere çözüm olarak iki yeni yaklaşım öneriyoruz. Bu yaklaşımlarımızdan ilkinde, kasıtlı olarak rezonanslardan uzakta silindirik dalga kılavuzları olarak çalıştırılan nanosütunlar kullanılarak polarizasyon-bağımsız akromatik dalga yüzeyi kontrolü başarıldı. Yaklaşımın başarısını ispatlamak için orta kızılötesi bantta çalışan bir metalens tasarlandı. Geniş bir frekans bandında çalışan yüksek verimli polarizasyon-bağımsız odaklama elektromanyetik simülasyonlar aracılığıyla gösterildi. İkinci yaklaşımımızda, ulaşılan bant genişliğini daha da ileriye taşımak ve performansı artırmak için özgün bir mimaride faz elemanları önerildi. Bu faz elemanları kullanılarak dalga yüzeyinin tam faz kontrolü sağlandı. Örnek uygulama ve yaklaşımın geçerliliğinin ispatı olarak birisi orta kızılötesinde diğeri görünür ışıkta çalışan iki adet metalens tasarlandı. Elektromanyetik simülasyonlara dayanarak, önerilen metayüzey ile polarizasyon-bağımsız akromatik odaklama bir kez daha, ama bu defa çok daha geniş frekans bantlarında ve daha yüksek performans değerlerine sahip olarak gösterildi.