円偏光検出およびフルストークス偏光測定のための自然にインスパイアされたキラルメタサーフェス

光偏光状態の操作と特性評価は、量子通信とコンピューティング、分光法、バイオインスパイア付きナビゲーション、およびイメージングにおける多くのアプリケーションに不可欠です。キラルのメタマテリアルとメタサーフェスは、円形の偏光発生、操作、および検出のための超コンパクトデバイスを促進します。ここでは、強力なキラル光学効果と低挿入損失の両方を備えたバイオインスピレーションのキラルメタサーフェスを報告します。最大35のピーク絶滅比と、近赤外波長で80％に近い最大透過効率を備えた厚さの厚さの円偏光フィルターを実験的に実証しました（最良の動作波長は1.3-1.6 µmの範囲で設計できます）。また、任意の偏光状態を使用して光のフルストークス偏光測定を実行するために、マイクロスケールの円形偏光フィルターを線形偏光フィルターと単亜系統的に統合しました。簡単なオンチップ統合、超コンパクトフットプリント、スケーラビリティ、および広範な波長カバレッジの利点により、私たちの設計は、量子ベースの光学コンピューティングと情報処理、循環ダイクロス球分光室、生物様式化学のためのチップ統合偏光子と偏光イメージングシステムを促進するための非常に有望です診断、およびリモートセンシングアプリケーション。

The manipulation and characterization of light polarization states are essential for many applications in quantum communication and computing, spectroscopy, bioinspired navigation, and imaging. Chiral metamaterials and metasurfaces facilitate ultracompact devices for circularly polarized light generation, manipulation, and detection. Herein, we report bioinspired chiral metasurfaces with both strong chiral optical effects and low insertion loss. We experimentally demonstrated submicron-thick circularly polarized light filters with peak extinction ratios up to 35 and maximum transmission efficiencies close to 80% at near-infrared wavelengths (the best operational wavelengths can be engineered in the range of 1.3-1.6 µm). We also monolithically integrated the microscale circular polarization filters with linear polarization filters to perform full-Stokes polarimetric measurements of light with arbitrary polarization states. With the advantages of easy on-chip integration, ultracompact footprints, scalability, and broad wavelength coverage, our designs hold great promise for facilitating chip-integrated polarimeters and polarimetric imaging systems for quantum-based optical computing and information processing, circular dichroism spectroscopy, biomedical diagnosis, and remote sensing applications.