Высокое разрешение изображения в оттенках серого, скрытое в лазерном луче

Согласно закону Малуса, когда луч линейно поляризованного света проходит через анализатор (линейный поляризатор), интенсивность света, передаваемого анализатором, прямо пропорциональна квадрату косинуса угла θ между осями пропускания анализатора и поляризатор (см. Рисунок 2а ), то есть I = I 0cos2 θ , где I 0 - интенсивность падающего света. Структурированный луч с неоднородным распределением поляризации может генерировать пространственное распределение интенсивности при прохождении через поляризатор, что обеспечивает новую степень свободы для кодирования изображения. Основываясь на законе Малуса, произвольное изображение в градациях серого может быть скрыто в профиле линейной поляризации светового луча. В последнее время метасоверхности 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 позволили нам спроектировать пространственное распределение амплитуды, фазы и поляризационного отклика при субволновом разрешении, что позволило нам разработать множество ультратонких устройств с необычными свойствами 6 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 , 27 , фигура 2

Закон Малуса и скрытый имидж механизм. ( a ) Согласно закону Малуса, когда луч линейно поляризованного света проходит через анализатор (линейный поляризатор), интенсивность света, передаваемого анализатором, составляет I = I 0cos2 θ , где I 0 - интенсивность падающего света, и θ - угол между осями передачи анализатора и поляризатора. Изображение в градациях серого скрыто в профиле линейной поляризации светового луча. ( б ) Целевое изображение портрета Джеймса Клерка Максвелла в оттенках серого. ( c ) Детали выбранной области из области бровей с 10 × 10 пикселей. Левая сторона показывает профиль в градациях серого, а правая показывает требуемое распределение поляризации для анализатора с осью передачи в вертикальном направлении. ( d ) Линейная поляризация создается когерентной суперпозицией двух плоских циркулярно поляризованных лучей с противоположной направленностью, которая распространяется вдоль одного и того же направления. ( e ) Поскольку знак геометрической фазы, генерируемой на границе метасоверхности, зависит только от направленности падающего света, при освещении линейно поляризованного луча встречные внеосевые отраженные лучи с противоположной направленностью будут встречаться, создавать помехи каждому другой, и создать желаемый профиль поляризации для скрытого изображения с обеих сторон.

Рисунок 2b показывает серое изображение высокого разрешения с разрешением 1300 × 1300 пикселей, которое должно быть скрыто в оптическом луче. Результирующий луч имеет размер 390 × 390 мкм, поскольку каждый пиксель имеет размер 300 × 300 нм, что демонстрирует субволновое разрешение. Чтобы объяснить наш подход, мы выбираем область из области бровей с 10 × 10 пикселей ( Рисунок 2с ). Увеличенный профиль интенсивности и соответствующее распределение поляризации показаны слева и справа от Рисунок 2с соответственно. В нашей конструкции оси передачи поляризатора и анализатора (поляризатора) расположены в горизонтальном и вертикальном направлениях соответственно.

Требуемый световой пучок с неоднородным профилем линейной поляризации может быть разложен на суперпозицию двух циркулярно поляризованных пучков с равными компонентами и противоположными руками ( Рисунок 2d и 2e ), который можно описать как:

где φ ( x , y ) - относительная разность фаз между двумя ортогональными состояниями круговой поляризации; а также единичные векторы левой круговой поляризации (LCP) и правой круговой поляризации (RCP). Геометрическая метаповерхность используется для реализации профиля фазы, зависящего от управляемости, при поддержании постоянной амплитуды. 10 , 16 , 18 , 28 , Здесь одна отражающая метасоверхность предназначена для генерации желаемых структурированных лучей путем манипулирования суперпозицией двух лучей с противоположными состояниями круговой поляризации, которые возникают на одной и той же метасоверхности ( Рисунок 2е ). Ключевым моментом здесь является создание фазового профиля, который может одновременно генерировать пару центросимметрично распределенных внеосевых лучей с идентичным фазовым профилем φ ( x , y ) при освещении светом RCP. Поскольку знак геометрической фазы, генерируемой на границе метасоверхности, зависит от управляемости падающего света, при изменении падающего луча с RCP на LCP, пара внеосевых лучей с фазовым профилем - φ ( x , у ) генерируется. Очевидно, что при освещении лучом линейно поляризованного света, который является суперпозицией компонентов LCP и RCP, отраженные лучи с противоположной направленностью будут объединяться и генерировать желаемый профиль поляризации для скрытых изображений с обеих сторон. Подробное объяснение приведено в Дополнительная информация Раздел 1 , Комбинация двух наборов фазовых профилей для двух противоположных значений инцидентности будет генерировать желаемый профиль поляризации для скрытого изображения. Чтобы исключить влияние неконвертированного луча, внеосевая конфигурация используется для проектирования поверхности метазерна. Подробное объяснение внеосевой конструкции также дано в Дополнительная информация Раздел 1 ,

Похожие