Uma estrutura nanograting de spin-Hall plasmônica que detecta simultaneamente a polarização e as singularidades de fase do feixe incidente é relatada. A nanograting é a quebra de simetria com diferentes períodos para as partes superior e inferior, que permite a excitação unidirecional do SPP dependendo da carga topológica do feixe incidente. Adicionalmente, As meta-fendas de spin-Hall são integradas à grade para que a estrutura tenha uma resposta quiral para detecção de polarização.

As singularidades ópticas são elementos-chave na óptica moderna e têm sido amplamente pesquisadas. Em particular, singularidades de fase e polarização foram manipuladas em várias aplicações, como imagem e metrologia, óptica não linear, pinças ópticas, de detecção, informação quântica, e comunicação óptica. Em teoria, ambas as singularidades podem ser detectadas simultaneamente se for possível detectar a carga topológica e o spin do fóton ao mesmo tempo. Vários métodos foram propostos para detectar a carga topológica do OAM nos últimos anos, incluindo holografia, metassuperfícies, transformação óptica, e circuitos fotônicos. Contudo, esses métodos têm desvantagens, incluindo a necessidade de alinhar a viga precisamente com a estrutura, a necessidade de processos de detecção complexos, como microscopia de campo próximo, e as baixas eficiências de difração de alguns elementos. Essas desvantagens limitam fortemente suas aplicações em novos sistemas ópticos com fibras ópticas ou dispositivos integrados no chip.

Em um novo artigo publicado em Ciência leve e aplicações , uma equipe de cientistas, liderado pelo professor Changjun Min, Xiaocong Yuan, e Mike Somekh do Nanophotonics Research Center, Laboratório Chave de Shenzhen de Tecnologia de Informação Ótica em Microescala, Universidade de Shenzhen, Shenzhen, China e colegas de trabalho desenvolveram uma nanograting plasmônica spin-Hall no chip para detectar simultaneamente singularidades de fase e polarização. Eles projetaram uma estrutura nanograting de quebra de simetria primeiro para lançar unidirecionalmente a onda SPP de acordo com o sinal da carga topológica da onda incidente. O ângulo de propagação do SPP gerado aumenta com o valor da carga topológica. O valor de carga topológica do feixe incidente pode ser determinado com precisão colocando uma grade de acoplamento de saída em ambos os lados da nanograting para acoplar a onda SPP gerada ao campo distante e analisando a imagem de microscopia óptica de campo distante. Adicionalmente, uma estrutura de spin Hall é integrada à nanograting para que a nanograting possa responder ao spin do feixe incidente. Essa estrutura combinada acopla direcionalmente o feixe OAM incidente em diferentes posições, dependendo da polarização e da carga topológica do feixe. É provado experimentalmente que a estrutura detecta a singularidade de polarização e a singularidade de fase do feixe CVB incidente simultaneamente. Este dispositivo é muito promissor para a obtenção de um circuito integrado fotônico altamente compacto. Esses cientistas resumem o princípio operacional de sua estrutura:

"Projetamos uma meta-superfície baseada em SPP que pode detectar simultaneamente singularidades de fase e polarização da onda incidente para dois propósitos em um:(1) detectar rapidamente e simultaneamente as singularidades de fase e polarização com uma única imagem; (2) para permitir a comunicação óptica com singularidades fotônicas de ondas eletromagnéticas. "

“Este dispositivo é muito promissor para a obtenção de um circuito integrado fotônico altamente compacto. Ele mostrou grande potencial em circuitos integrados fotônicos de grande escala e beneficiaria diversas aplicações, como processamento óptico de informações on-chip e comunicações ópticas. Estamos agora tentando integrar uma estrutura de modulação de fase coupound adicional no dispositivo para cancelar o efeito de difração da onda SPP durante a geração. Isso aumentaria ainda mais a resolução e o limite de detecção do sistema, "acrescentaram.