新型纳米腔结构的等离子体元全息图：调控光的幅度与相位

"宋伟, 郑闪光, 付亚男, 闵长俊*, 张聿全, 谢振威, 袁小聪. 通过T形纳米腔的等离子体元全息图控制光的幅度和相位[N]. 深圳大学纳米光子学研究中心, 深圳市微尺度光信息技术重点实验室, 深圳518060, 中国. 收到2019年1月16日, 接受2019年3月13日, 在线发布2019年5月31日." 本文提出了一种创新的等离子体元全息图（plasmonic meta-hologram）设计，该设计能够对光的幅度和相位在亚波长尺度上进行精确控制，解决了传统光学设备在这方面的难题。这种新型的等离子体元全息图主要依靠单元细胞的绕射相位分布实现相位调制，同时利用T形纳米腔的可调谐等离子体共振实现幅度的连续调制。与传统的相位全息图相比，这种元全息图具有更广泛的操作带宽，并且能够重建三维（3D）图像，从而展现出在光操控领域的巨大潜力。 相位调制是通过元全息图中的单元细胞设计来实现的。每个单元细胞的相位分布经过精心设计，使得光线在通过这些单元时产生特定的相位延迟，这种延迟被称为绕射相位。这种相位分布可以模拟出所需的目标图像的相位模式，从而实现光的复用和解复用。 T形纳米腔是实现幅度调制的关键元件。由于其特殊的几何形状，纳米腔可以支持等离子体共振，当入射光的频率与纳米腔的等离子体共振频率匹配时，会显著增强光与材料的相互作用。通过调整纳米腔的尺寸或材料的特性，可以改变等离子体共振的频率，进而改变光通过纳米腔时的吸收和散射，实现对光强度的连续调控。 这一技术的应用不仅限于3D图像的重建，还可以用于实现高密度数据存储、光学计算、光通信以及光开关等领域。通过精细控制光的幅度和相位，可以创建出复杂的光场分布，这对于量子信息处理、光子集成电路以及超分辨率成像等前沿科技也有着重要的意义。 此外，等离子体元全息图的亚波长尺度特性意味着它可以集成到微型光学系统中，提高设备的集成度和性能。由于其宽带操作特性，这种全息图能够在宽光谱范围内工作，这在多色光处理和光谱分析中具有显著优势。 这篇研究揭示了等离子体元全息图在亚波长尺度上同时控制光的幅度和相位的新方法，为未来光学器件的小型化、高性能化和多功能化提供了新的设计思路和技术基础。通过不断优化和改进，这种技术有望在未来的信息处理、通讯和成像技术中发挥重要作用。