[초록빛논문] 효율 80%의 메타표면 홀로그램

1. 논문 정보

제목: 효율 80%의 메타표면 홀로그램

학술지: 자연 나노기술

발행년월: 2015년 2월

글쓴이: 구오싱 젱, 홀거 뮈흘렌베른트, 미첼 케니, 궤이신 리, 토마스 젠트그라프, 슈앙 장

이어가기: http://dx.doi.org/10.1038/nnano.2015.2

인용정보: Zheng, G., Mühlenbernd, H., Kenney, M., Li, G., Zentgraf, T., & Zhang, S. (2015). Metasurface holograms reaching 80% efficiency. Nat Nano, advance online publication.

2. 초록

[번역문]

극도로 얇은 플라즈몬식 구조로 덮힌 표면인 메타표면이 빛의 위상을 완벽하게 제어하는 기능을 가짐이 보여짐에 따라, 극도로 얇은 평평 렌즈, 표면 플라즈몬 편극자용 방향성 이음쇠, 소용돌이살 생성 파장판 따위의 혁신적 광요소를 설계하는 데에 새로운 패러다임을 제시하였다. 다양한 형태의 메타표면 가운데, 방향이 공간적으로 돌아가는 플라즈몬식 나노막대의 배열로 이루어진 기하학적 메타표면은, 그 위상 모양새의 기하학적 특성에 기인해 더 뛰어난 위상 제어를 보여주었다. 메타표면은 최근 셈틀생성된 홀로그램을 만드는 데 사용되었는데, 가시광 영역에서 너무 낮은 효율을 보여 실용적이지 못했다. 본 연구단은 825 나노미터 파장에서 80%의 에돌이 효율을 보이며, 630 나노미터에서 1050 나노미터까지의 넓은 띠폭을 가지는 기하학적 메타표면 홀로그램 설계하고 구현하였다. 여기서 시연한 16 위상단계의 셈틀생성된 홀로그램은 위상 모양새의 더 뛰어난 제어를 위한 기하학적 메타표면과, 높은 편광 전환 효율 달성을 위한 반사배열을 조합하였다. 특히, 기하학적 메타표면이 있는 바닥 금속판을 설계함으로써 두 원편광 상태 사이의 전환율을 증강시켰는데, 이를 통해 제조과정을 복잡하게 만들지 않으면서도 높은 에돌이율을 얻어낼 수 있었다. 본 논문에서 제안한 방법은 이와 같은 장점들로 인해 다양한 실용적 홀로그램에 응용에 적용될 수 있다.

[원문]

Surfaces covered by ultrathin plasmonic structures—so-called metasurfaces—have recently been shown to be capable of completely controlling the phase of light, representing a new paradigm for the design of innovative optical elements such as ultrathin flat lenses, directional couplers for surface plasmon polaritons and wave plate vortex beam generation. Among the various types of metasurfaces, geometric metasurfaces, which consist of an array of plasmonic nanorods with spatially varying orientations, have shown superior phase control due to the geometric nature of their phase profile. Metasurfaces have recently been used to make computer-generated holograms, but the hologram efficiency remained too low at visible wavelengths for practical purposes. Here, we report the design and realization of a geometric metasurface hologram reaching diffraction efficiencies of 80% at 825 nm and a broad bandwidth between 630 nm and 1,050 nm. The 16-level-phase computer-generated hologram demonstrated here combines the advantages of a geometric metasurface for the superior control of the phase profile and of reflectarrays for achieving high polarization conversion efficiency. Specifically, the design of the hologram integrates a ground metal plane with a geometric metasurface that enhances the conversion efficiency between the two circular polarization states, leading to high diffraction efficiency without complicating the fabrication process. Because of these advantages, our strategy could be viable for various practical holographic applications.

3. 용어 대응

metasurface: 메타표면

polariton: 편극자

flat lens: 평평 렌즈

directional coupler: 방향성 이음쇠

vortex beam generation: 소용돌이살 생성

optical element: 광요소

computer-generated hologram: 셈틀생성된 홀로그램

profile: 모양새

diffraction: 에돌이, 회절

reflectarray: 반사배열

diffraction efficiency: 에돌이율

conversion efficiency: 전환율

4. 그림

끝

2015년 2월 26일

과꾸로

------------------------------------------

초록빛논문 소개:

모든 중요 논문이 영어로 나오는 시대에, 한국의 연구자들이 최근 연구를 쉽게 접할 수 있도록, 논문의 초록을 한국어로 번역하여 소개한다. 한국어 용어는 한국물리학회의 물리학 용어집을 기본적으로 따른다. 초록이 없는 논문의 경우 초록 대신 논문 본문의 첫 문단을 번역하여 소개한다. 분야는 나노광학, 표면 플라즈몬, 메타물질 등을 다룬다.

번역자

카이스트 물리학 박사

현재 호주 연방연구소 CSIRO 박사후 연구원

이어가기: http://www.yhwang.info

트위터: @gguro

주의사항:

초록빛논문에서 제공하는 번역은 번역자 개인의 작업물로 번역오류로 인해 발생하는 문제에 책임을 지지 않는다. 논문 원문에 대한 모든 권리는 해당 학술지 출판사에 있으며, 번역자는 번역된 초록에 대한 저작권 협의를 거치지 않은 만큼, 해당 출판사에서 문제를 제기할 경우 번역문이 삭제될 수 있다.