Simultaneous broadband and high circular dichroism with two-dimensional all-dielectric chiral metasurface

圆二色性 圆极化 宽带 手性(物理) 材料科学 光学 电介质 极化(电化学) 波长 光电子学 偏振器 轴比 双折射 物理 微带线 化学 结晶学 手征对称性 物理化学 量子力学 Nambu–Jona Lasinio模型 夸克
作者
Rui Wang,Chenqian Wang,Tao Sun,Xin Hu,Chinhua Wang
出处
期刊:Nanophotonics [De Gruyter]
卷期号:12 (21): 4043-4053
标识
DOI:10.1515/nanoph-2023-0407
摘要

Abstract Chiral metasurfaces have great potential in various applications such as polarimetric imaging and biomedical recognition. However, simultaneous broadband and high circular dichroism (CD) with high polarization extinction ratio (PER) remains a challenge. Here, we present a novel approach to realize simultaneous broadband and high CD with high PER in the optical communication band using a two-dimensional all-dielectric chiral metasurface. The structure is formed by a two-level chiral structure of split cross (first-order) and trapezoid-shaped (second-order) of Si nano ribs, respectively, in which constructively coupled first- and second-order of chirality occurs, resulting in the broad chiral response in the far field of multipoles excited by incident light of different chiralities. Theoretical results show that a CD in transmission reaching 0.9 (up to 0.993) and a PER exceeding 20 dB (up to 35 dB) over the entire wavelength range from 1.39 to 1.61 μm can be achieved simultaneously, consistent with the experimental results of CD ∼0.9 and PER of 10 dB (up to 19.7 dB). Our design paves the way for chiral metasurfaces toward practical applications in terms of working bandwidth, high CD and PER as well as integrality of the devices in many fields.
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