양자 혁신: 다기능 Metalens가 포토닉스를 변화시키는 방법

작성자: Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, CAS, 2023년 8월 12일

2D 육각형 질화붕소에서 양자 방출을 임의로 형성하는 데 사용되는 다기능 금속 렌즈의 예술적 일러스트레이션. 크레딧: Chi Li, 장재혁, Trevon Badloe, Tieshan Yang, 김주훈, 김재경, Minh Nguyen, Stefan A. Maier, Junsuk Rho, Haoran Ren, Igor Aharonovich

Scientists have developed a multifunctional metalens capable of structuring quantum emissions from single photonA photon is a particle of light. It is the basic unit of light and other electromagnetic radiation, and is responsible for the electromagnetic force, one of the four fundamental forces of nature. Photons have no mass, but they do have energy and momentum. They travel at the speed of light in a vacuum, and can have different wavelengths, which correspond to different colors of light. Photons can also have different energies, which correspond to different frequencies of light." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> 광자 방출기. 이 혁신은 양자 방출의 조작을 가능하게 하며 암호화 및 정보 보안에 대한 잠재적 영향을 포함하여 양자 기술의 새로운 발전을 약속합니다.

양자 방출은 광양자 기술을 구현하는 데 중추적인 역할을 합니다. 육방정계 질화붕소(hBN) 결함과 같은 고체 단일 광자 방출기(SPE)는 실온에서 작동합니다. 견고성과 밝기로 인해 매우 바람직합니다. SPE에서 광자를 수집하는 기존 방법은 높은 NA(개구수) 대물렌즈 또는 미세 구조 안테나를 사용합니다. 광자 수집 효율성은 높을 수 있지만 이러한 도구는 양자 방출을 조작할 수 없습니다. 방출된 양자 광원의 원하는 구조를 달성하려면 편광판 및 위상판과 같은 여러 개의 부피가 큰 광학 요소가 필요합니다.

Drs.가 이끄는 국제 과학자 팀이 최근 eLight 저널에 발표한 새로운 논문에서. Monash University의 Chi Li와 Haoran Ren은 SPE의 양자 방출을 구조화하기 위한 새로운 다기능 금속 렌즈를 개발했습니다. 다양한 공간 형태로 광학 빔을 임의로 변환하는 능력은 양자 광원에 필수적입니다.

Metasurfaces have transformed the landscape of photonic design. It has led to major technological advances from optical imaging and holography to LiDAR and molecular sensing. Recently, the direct integration of nanoscaleThe nanoscale refers to a length scale that is extremely small, typically on the order of nanometers (nm), which is one billionth of a meter. At this scale, materials and systems exhibit unique properties and behaviors that are different from those observed at larger length scales. The prefix "nano-" is derived from the Greek word "nanos," which means "dwarf" or "very small." Nanoscale phenomena are relevant to many fields, including materials science, chemistry, biology, and physics." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> 나노구조 공진기와 메타표면으로의 나노크기 방출기는 SPE 방출의 기본 조정을 수집하고 시연하도록 설계되었습니다. 이러한 초기 시연은 양자 방출 조작을 발전시키기 위한 평면 광학의 필요성을 구성했습니다.

연구팀은 다기능 금속렌즈를 설계하고 엔지니어링함으로써 이 문제를 해결했습니다. 새로운 금속렌즈는 한국의 물리학자 Drs. 포항과학대학교 장재혁, 트레본 배드로, 노준석 교수. 방향성, 편광 및 궤도 각 운동량(OAM) 자유도를 동시에 조정할 수 있습니다. 그들은 실온에서 작동하는 hBN의 SPE로부터 양자 방출의 다차원 구조화를 입증하기 위해 메탈렌을 활용했습니다.