Een plasmonische spin-Hall nanoroosterstructuur die gelijktijdig zowel de polarisatie- als fase-singulariteiten van de invallende bundel detecteert, wordt gerapporteerd. De nanograting is symmetrie-brekend met verschillende perioden voor de bovenste en onderste delen, die de unidirectionele excitatie van de SPP mogelijk maakt, afhankelijk van de topologische lading van de invallende bundel. Aanvullend, spin-Hall meta-spleten zijn geïntegreerd op het rooster zodat de structuur een chirale respons heeft voor polarisatiedetectie.

Optische singulariteiten zijn sleutelelementen in de moderne optica en zijn uitgebreid onderzocht. Vooral, fase en polarisatie singulariteiten zijn gemanipuleerd in verschillende toepassingen, zoals beeldvorming en metrologie, niet-lineaire optica, optisch pincet, voelen, kwantum informatie, en optische communicatie. In theorie, beide singulariteiten kunnen tegelijkertijd worden gedetecteerd als men de topologische lading en fotonspin tegelijkertijd kan detecteren. Er zijn de afgelopen jaren verschillende methoden voorgesteld om de topologische lading van de OAM te detecteren, inclusief holografie, meta-oppervlakken, optische transformatie, en fotonische circuits. Echter, deze methoden hebben nadelen, waaronder de noodzaak om de balk precies uit te lijnen met de structuur, de noodzaak van complexe detectieprocessen, zoals nabij-veldmicroscopie, en de lage diffractie-efficiëntie van sommige elementen. Deze nadelen beperken hun toepassingen in nieuwe optische systemen met optische vezels of geïntegreerde on-chip-apparaten sterk.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Lichtwetenschap en toepassingen , een team van wetenschappers, onder leiding van professor Changjun Min, Xiaocong Yuan, en Mike Somekh van het Nanophotonics Research Center, Shenzhen Key Laboratory van microschaal optische informatietechnologie, Universiteit van Shenzhen, Shenzhen, China en collega's hebben een on-chip plasmonische spin-Hall nanograting ontwikkeld voor het gelijktijdig detecteren van fase- en polarisatie-singulariteiten. Ze hebben eerst een symmetrie-brekende nanoroosterstructuur ontworpen om de SPP-golf in één richting te lanceren volgens het teken van de topologische lading van de invallende golf. De voortplantingshoek van de gegenereerde SPP neemt toe met de waarde van de topologische lading. De topologische ladingswaarde van de invallende bundel kan nauwkeurig worden bepaald door een uitgangskoppelingsrooster aan beide zijden van het nanorooster te plaatsen om de gegenereerde SPP-golf aan het verre veld te koppelen en het verre veld optische microscopiebeeld te analyseren. Aanvullend, een spin-Hall-structuur is geïntegreerd op het nanorooster zodat het nanorooster kan reageren op de spin van de invallende bundel. Deze gecombineerde structuur koppelt de invallende OAM-straal directioneel aan verschillende posities, afhankelijk van de polarisatie en topologische lading van de straal. Het is experimenteel bewezen dat de structuur de polarisatie-singulariteit en fase-singulariteit van de invallende CVB-bundel tegelijkertijd detecteert. Dit apparaat is veelbelovend voor het realiseren van een zeer compacte fotonische geïntegreerde schakeling. Deze wetenschappers vatten het werkingsprincipe van hun structuur samen:

"We hebben een op SPP gebaseerd meta-oppervlak ontworpen dat gelijktijdig fase- en polarisatie-singulariteiten van de invallende golf kan detecteren voor twee doeleinden in één:(1) om de fase- en polarisatie-singulariteiten snel en gelijktijdig te detecteren met een enkelvoudig beeld; (2) om optische communicatie mogelijk maken met fotonica-singulariteiten van elektromagnetische golven."

"Dit apparaat is veelbelovend voor het bereiken van een zeer compacte fotonische geïntegreerde schakeling. Het heeft een groot potentieel getoond in grootschalige fotonische geïntegreerde schakelingen en zou verschillende toepassingen ten goede komen, zoals optische on-chip informatieverwerking en optische communicatie. We proberen nu te integreren een extra fasemodulatiestructuur op het apparaat om het diffractie-effect van de SPP-golf tijdens het genereren op te heffen.Dit zou de resolutie en detectielimiet van het systeem verder verbeteren, " voegden ze eraan toe.