Высокоапертурная металинза для формирования обратного потока энергии

Abstract

По технологии электронной литографии и ионного травления в тонкой плёнке аморфного кремния толщиной 130 нм изготовлена вихревая металинза диаметром 30 мкм с фокусным расстоянием, равным длине волны 633 нм, состоящая из 16 секторов субволновых бинарных решёток с периодом 220 нм. Уникальность такой металинзы в том, что при освещении её светом с левой круговой поляризацией формируется вихревой пучок с топологическим зарядом 2 и левой круговой поляризацией, а при освещении её светом с линейной поляризацией формируется векторный цилиндрический пучок второго порядка. Вблизи фокуса на оптической оси в обоих случаях (и для линейной, и для круговой поляризации) будет формироваться обратный поток энергии. Измеренные с помощью сканирующего ближнепольного оптического микроскопа распределения поперечной интенсивности вблизи фокуса металинзы качественно согласуются с распределениями интенсивности, рассчитанными FDTD-методом. Это подтверждает, что в фокусе такой металинзы имеет место обратный поток энергии. Металинза, формирующая обратный поток вблизи фокуса, изготовлена и исследована впервые.

Using electronic beam lithography and reactive ion beam etching, a metalens is manufactured in a thin layer of amorphous silicon of a 130-nm depth, a 30-µm diameter, and a 633-nm focal length (equal to the illumination wavelength). The metalens is composed of 16 sectored subwavelength binary gratings with a 220-nm period. The uniqueness of this metalens is that when illuminated by left-handed circularly polarized light, it is capable of generating a left-handed circularly polarized vortex beam with a topological charge of 2, generating a second-order cylindrical vector beam when illuminated by linearly polarized light. Both for linear and circular incident polarization, an energy backflow is found to be generated in the vicinity of the tight focus. Transverse intensity distributions measured with a scanning near-field optical microscope near the focus of the metalens are in qualitative agreement with the intensity distributions calculated by the FDTD method. This confirms that a backward energy flow takes place at the focus of the metalens. A metalens generating an energy backflow near its focus is fabricated and characterized for the first time.