Tunable wavefront control in the visible spectrum using low-loss chalcogenide phase change metasurfaces

硫系化合物 材料科学 波前 光学 光电子学 透射率 相(物质) 无定形固体 电介质 全息术 可见光谱 硫系玻璃 物理 量子力学 有机化学 化学
作者
Parikshit Moitra,Yunzheng Wang,Xinan Liang,Lü Li,Alyssa Poh,Tobias W. W. Maß,Robert E. Simpson,Arseniy I. Kuznetsov,Ramón Paniagua‐Domínguez
出处
期刊:Cornell University - arXiv
标识
DOI:10.48550/arxiv.2206.07628
摘要

All-dielectric metasurfaces provide unique solutions for advanced wavefront manipulation of light with complete control of amplitude and phase at sub-wavelength scales. One limitation, however, for most of these devices is the lack of any post-fabrication tunability of their response. To break this limit, a promising approach is employing phase-change-materials (PCM), which provide a fast, low energy and non-volatile means to endow metasurfaces with a switching mechanism. In this regard, great advancements have been done in the mid infrared and near infrared spectrum using different chalcogenides. In the visible spectral range, however, very few devices have demonstrated full phase manipulation, high efficiencies, and reversible switching. Here, we experimentally demonstrate a tunable all-dielectric Huygens metasurface made of antimony sulfide (Sb2S3) PCM, a low loss and high-index material in the visible spectral range with a large contrast (nearly 0.5) between its amorphous and crystalline states. We show close to 2pi phase modulation with high associated transmittance and use it to create switchable beam steering and holographic display devices. These novel chalcogenide PCM metasurfaces have the potential to emerge as a platform for next generation spatial light modulators and to impact application areas such as tunable and adaptive flat optics, LiDAR, and many more.

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