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Realizing Minimally Perturbed, Nonlocal Chiral Metasurfaces for Direct Stokes Parameter Detection
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2024-02-19 , DOI: 10.1021/acsnano.3c10749 Yu Geun Ki 1 , Byeong Je Jeon 1 , Il Hoon Song 1 , Seong Jun Kim 1 , Sangtae Jeon 1 , Soo Jin Kim 1
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2024-02-19 , DOI: 10.1021/acsnano.3c10749 Yu Geun Ki 1 , Byeong Je Jeon 1 , Il Hoon Song 1 , Seong Jun Kim 1 , Sangtae Jeon 1 , Soo Jin Kim 1
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Recent development in nonlocal resonance based chiral metasurfaces draws great attention due to their abilities to strongly interact with circularly polarized light at a relatively narrow spectral bandwidth. However, there still remain challenges in realizing effective nonlocal chiral metasurfaces in optical frequency due to demanding fabrications such as 3D-multilayered or nanoscaled chiral geometry, which, in particular, limit their applications to polarimetric detection with high-Q spectra. Here, we study the underlying working principles and reveal the important role of the interaction between high-Q nonlocal resonance and low-Q localized Mie resonance in realizing effective nonlocal chiral metasurfaces. Based on the working principles, we demonstrate one of the simplest types of nonlocal chiral metasurfaces which directly detects a set of Stokes parameters without the numerical combination of transmitted values presented from typical Stokes metasurfaces. This is achieved by minimally altering the geometry and filling ratio of every constituent nanostructure in a unit cell, facilitating consistent-sized nanolithography for all samples experimentally at a targeted wavelength with relatively high-Q spectra. This work provides an alternative design rule to realizing effective polarimetric metasurfaces and the potential applications of nonlocal Stokes parameters detection.
中文翻译：
实现扰动最小的非局部手性超表面，用于直接 Stokes 参数检测
基于非局部共振的手性超表面的最新发展引起了极大的关注，因为它们能够在相对狭窄的光谱带宽下与圆偏振光强烈相互作用。然而，由于 3D 多层或纳米级手性几何形状等苛刻的制造要求，在光学频率下实现有效的非局部手性超表面仍然存在挑战，这尤其限制了它们的应用，仅限于使用高 Q 光谱进行极化检测。在这里，我们研究了基本的工作原理，并揭示了高 Q 非局部共振和低 Q 局部 Mie 共振之间相互作用在实现有效的非局部手性超表面中的重要作用。基于工作原理，我们展示了最简单的非局部手性超表面类型之一，它直接检测一组 Stokes 参数，而无需典型 Stokes 超表面呈现的传输值的数值组合。这是通过最小程度地改变晶胞中每个组成纳米结构的几何形状和填充率来实现的，从而在具有相对高 Q 光谱的目标波长下对所有样品进行一致尺寸的纳米光刻实验。这项工作为实现有效的极化超表面和非局部斯托克斯参数检测提供了另一种设计规则。
更新日期：2024-02-19
中文翻译：
实现扰动最小的非局部手性超表面，用于直接 Stokes 参数检测
基于非局部共振的手性超表面的最新发展引起了极大的关注，因为它们能够在相对狭窄的光谱带宽下与圆偏振光强烈相互作用。然而，由于 3D 多层或纳米级手性几何形状等苛刻的制造要求，在光学频率下实现有效的非局部手性超表面仍然存在挑战，这尤其限制了它们的应用，仅限于使用高 Q 光谱进行极化检测。在这里，我们研究了基本的工作原理，并揭示了高 Q 非局部共振和低 Q 局部 Mie 共振之间相互作用在实现有效的非局部手性超表面中的重要作用。基于工作原理，我们展示了最简单的非局部手性超表面类型之一，它直接检测一组 Stokes 参数，而无需典型 Stokes 超表面呈现的传输值的数值组合。这是通过最小程度地改变晶胞中每个组成纳米结构的几何形状和填充率来实现的，从而在具有相对高 Q 光谱的目标波长下对所有样品进行一致尺寸的纳米光刻实验。这项工作为实现有效的极化超表面和非局部斯托克斯参数检测提供了另一种设计规则。
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