Simple and hybrid metalens with high polarization conversion efficiency for near-infrared spectrum

Kırlar M., Aslan E., Aslan E., Türkmen M.

OPTICAL MATERIALS, cilt.157, sa.1, ss.116033, 2024 (SCI-Expanded)

  • Yayın Türü: Makale / Tam Makale
  • Cilt numarası: 157 Sayı: 1
  • Basım Tarihi: 2024
  • Dergi Adı: OPTICAL MATERIALS
  • Derginin Tarandığı İndeksler: Science Citation Index Expanded (SCI-EXPANDED), Scopus, Academic Search Premier, PASCAL, Aerospace Database, Applied Science & Technology Source, Chimica, Communication Abstracts, Compendex, Computer & Applied Sciences, INSPEC
  • Sayfa Sayıları: ss.116033
  • Erciyes Üniversitesi Adresli: Evet

Özet

Işık kontrol etme yetenekleri sayesinde, metalensler üzerine yapılan araştırmalar hızla gelişmektedir. Ancak, geniş bantlı ve yüksek polarizasyon dönüşüm verimliliğine sahip metalensler tasarlamak hâlâ oldukça zordur. Bu çalışmada, yakın kızılötesi rejiminde çalışan metalensler için alüminyum katkılı çinko oksit adlı alternatif bir plazmonik malzeme sunulmaktadır. Geniş bir yakın kızılötesi bant genişliğinde (700-1000 nm) verimli bir şekilde odaklanabilen, yüksek polarizasyon dönüşüm verimliliği ve yüksek iletim değerlerine sahip basit ve hibrit metalensler öneriyoruz. Pancharatnam-Berry faz yöntemine dayalı ve sonlu farklar zaman alanı yöntemi kullanılarak tasarlanan, dalga boyundan küçük alüminyum katkılı çinko oksit nano bloklardan oluşan metalensler dizayn ettik. Metalens birim hücresi için hesaplanan polarizasyon dönüşüm verimliliği (minimum %87) ve iletim değerleri (minimum %85), daha önce elde edilen değerlerden tüm 300 nm bant genişliği boyunca daha yüksektir. Ayrıca, çalışılan frekans aralığında gelen ışını sağ ve sol el dairesel polarizasyon durumlarında odaklayabilen hibrit metalensler öneriyoruz. Sunulan yüksek polarizasyon dönüşüm verimliliği ve iletim değerlerine sahip alüminyum katkılı çinko oksit metalensler, yakın kızılötesi nanofotonik sistemlerin uygulamalarında yer bulabilir.

Thanks to their ability to control light, research on metalenses is developing rapidly. However, it is still quite difficult to design broadband metalenses with high polarization conversion efficiency. In this study, an alternative plasmonic material, aluminum-doped zinc oxide, is presented for metalens operating in near-infrared regime. We propose simple and hybrid metalenses with high polarization conversion efficiency and high transmission values that can focus efficiently in a wide near-infrared bandwidth (700–1000 nm). We design metalens consisting of subwavelength aluminum-doped zinc oxide nanoblocks based the Pancharatnam-Berry phase method and utilizing the finite-difference time-domain method. The polarization conversion efficiency (minimum 87 %) and transmission values (minimum 85 %) calculated for the metalens unit cell are higher than those previously obtained over the entire 300 nm bandwidth. In addition, we propose hybrid metalens to focus the incident beam in right and left handed circular polarized states in the studied frequency range. The presented aluminum-doped zinc oxide metalens with high polarization conversion efficiency and transmission values can find a place in the applications of near-infrared nanophotonic systems.