March 20, 2012

INFRARED METAMATERIAL PHASE HOLOGRAMS


 "Infrared metamaterial phase holograms". S. Larouche, Y. J. Tsai, T. Tyler, N. M. Jokerst, D. R. Smith. NATURE MATERIALS. In press. DOI: 10.1038/nmat3278

As a result of advances in nanotechnology and the burgeoning capabilities for fabricating materials with controlled nanoscale geometries, the traditional notion of what constitutes an optical device continues to evolve. The fusion of maturing low-cost lithographic techniques with newer optical design strategies has enabled the introduction of artificially structured metamaterials in place of conventional materials for improving optical components as well as realizing new optical functionality. Here we demonstrate multilayer, lithographically patterned, subwavelength, metal elements, whose distribution forms a computer-generated phase hologram in the infrared region (10.6 μm). Metal inclusions exhibit extremely large scattering and can be implemented in metamaterials that exhibit a wide range of effective medium response, including anomalously large or negative refractive index; optical magnetism; and controlled anisotropy. This large palette of metamaterial responses can be leveraged to achieve greater control over the propagation of light, leading to more compact, efficient and versatile optical components.

Como resultado de los avances en nanotecnología y de las crecientes capacidades para la fabricación de materiales con geometrías controladas a nivel nanométrico, la noción tradicional de lo que constituye un dispositivo óptico continúa evolucionando. La fusión de las técnicas litográficas maduras de bajo costo con las más nuevas estrategias de diseño óptico ha permitido la introducción de metamateriales estructurados artificialmente en lugar de los materiales convencionales, para el mejoramiento de las componentes ópticas así como también para la realización de nuevas funcionalidades ópticas. Aquí se muestran multicapas de elementos metálicos, de tamaño inferior a la longitud de onda, estructurados mediante litografía, cuya distribución forma un holograma de fase generado por computadora para la región infrarroja del espectro (10.6 μm). Las inclusiones metálicas exhiben una dispersión extremadamente alta, por lo que pueden ser implementados en metamateriales que exhiban un amplio intervalo de respuesta de medio efectivo, que incluya índices de refracción inusualmente grandes o negativos, magnetismo óptico y anisotropía controlada. Esta amplia cantidad de respuestas de los metamateriales puede ayudar a lograr un mayor control sobre la propagación de la luz, llevando así a componentes ópticas más compactas, eficientes y versátiles.

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