Nanjing University ekibi, metasurface tasarımında “spin” (dairesel polarizasyon) kanallarını birbirinden bağımsız yönetebilen achromatik bir yaklaşım geliştirdi. Yeni metasurface, geniş bir bantta renk sapması olmadan iki farklı spin için farklı odaklama ve yönlendirme işlevlerini aynı ultra-ince yüzeyde birleştiriyor.
Geniş bantta (çok farklı dalga boylarında) ışığı aynı keskinlikle kontrol etmek, tam renkli görüntüleme ve çok bantlı algılama gibi yeni nesil optik uygulamalar için kritik. Nanjing University’den Prof. Yijun Feng ve Prof. Ke Chen liderliğindeki araştırma ekibi, PhotoniX’te yayımladıkları çalışmada tek katmanlı bir metasurface üzerinde, iki farklı “spin” durumunu birbirinden bağımsız ve achromatik biçimde yönetebilen yeni bir tasarım stratejisi sundu.
Işığın dalga boyuna göre farklı davranması (dispersiyon) bir yandan faydalı etkiler üretirken, diğer yandan geniş bantta “kromatik aberasyon” denilen renk sapmalarına yol açabiliyor. Bu sapmalar; ışının saptırma açısının değişmesi, odak noktasının kayması ve konumsal doğruluğun bozulması gibi pratik sorunlar doğuruyor. Metasurface’ler, dalga boyundan küçük “meta-atom” dizileriyle dalgayı şekillendiren ultra-ince yapılar olsa da, bugüne kadarki pek çok achromatik tasarım ya tek bir spin kanalında etkiliydi ya da iki spin kanalını aynı dispersiyon davranışını paylaşmaya zorluyordu.
Spin odaklı iki geometrik fazın işbirliği
Ekip, bu kısıtı aşmak için iki farklı geometrik faz yaklaşımını aynı tasarımda bir araya getirdi: Aharonov–Anandan (AA) ve Pancharatnam–Berry (PB) fazları. Çalışmada AA fazı “spin kilidini açma” işlevini üstlenirken, PB fazı “faz aralığını genişletme” rolünü oynuyor. Meta-atomların içindeki asimetrik akım dağılımları sayesinde sağ ve sol dairesel polarizasyonlu ışık (RCP ve LCP) farklı yollardan yansıtılıyor; bu ayrışma da iki spin kanalının faz ve dispersiyonunun birbirinden bağımsız ayarlanmasına kapı aralıyor.
Araştırmacılar ayrıca meta-atomların rezonans gücünü ayarlayarak her bir spin için grup gecikmesini (dalga paketinin etkin gecikme davranışı) ayrı ayrı ince ayar yapabildiklerini gösterdi. Yerel yapısal döndürme ve frekans ayarıyla faz kontrolü sağlanırken, PB fazı global bir döndürme üzerinden toplam faz aralığını 2π’ye yaklaştıracak şekilde genişletiliyor; üstelik bunu yaparken grup gecikmesi tasarımını belirgin biçimde bozmadan. Sonuç, tek katmanlı ve pratik bir “çift spin achromatik” meta-optik tasarım şeması.
Yaklaşım, 8–12 GHz bandında çalışan iki cihaz sınıfıyla deneysel olarak gösterildi: spin’e bağlı achromatik ışın saptırıcılar (geniş bantta kararlı yönlendirme) ve RCP/LCP için farklı odaklama görevleri atayan achromatik metalens’ler (geniş bantta odak noktalarını stabil tutma). Ekip ayrıca aynı prensiplerin 0,8–1,2 THz terahertz bandına da uyarlanabildiğini rapor ederek yöntemin ölçeklenebilirliğine işaret etti. Bu tür “çok işlevli, tek yüzeyli” meta-optiklerin ileride görünür bölgeye uzanarak polarizasyon çoğullamalı görüntüleme ve geniş bant entegre optik sistemlere katkı sağlayabileceği belirtiliyor.
Kaynaklar ve Bağlantılar:
- PhotoniX (dergi) — çalışma haberde PhotoniX’te yayımlandı olarak belirtiliyor
- Nanjing University — Prof. Yijun Feng ve Prof. Ke Chen liderliğindeki ekip
- Chinese Society for Optical Engineering — basın bülteni kaynağı
