Wavefront shaping with disorder-engineered metasurfaces.
Wavefront shaping with disorder-engineered metasurfaces.
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DOI：
10.1038/s41566-017-0078-z
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发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
35
通讯作者：
Yang C
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Jang M;Horie Y;Shibukawa A;Brake J;Liu Y;Kamali SM;Arbabi A;Ruan H;Faraon A;Yang C
近年来，利用无序介质进行波前整形已经显示出超越传统光学的光学操纵能力，包括扩展体积、无像差聚焦和亚波长聚焦。然而，将这些能力转化为有用的应用仍然具有挑战性，因为需要通过O(P)测量来彻底确定无序介质(P变量)的输入-输出特性。在这里，我们提出了一种范式转换，其中无序是专门设计的，因此其准确的输入-输出特征是先验已知的，并且只需几个对准步骤就可以使用。我们用无序设计的亚表面实现了这一概念，它展示了波前整形的其他独特功能，例如大的光学记忆效应范围与宽角散射范围相结合，出色的稳定性，以及可定制的角散射轮廓。利用所设计的波前整形亚表面，我们实现了大数值孔径(NA>；0.5)的聚焦和荧光成像，在~8 mm的视场范围内获得了约2.2×108个可寻址点。
Recently, wavefront shaping with disordered media has demonstrated optical manipulation capabilities beyond those of conventional optics, including extended volume, aberration-free focusing and subwavelength focusing. However, translating these capabilities to useful applications has remained challenging as the input-output characteristics of the disordered media (P variables) need to be exhaustively determined via O(P) measurements. Here, we propose a paradigm shift where the disorder is specifically designed so its exact input-output characteristics are known a priori and can be used with only a few alignment steps. We implement this concept with a disorder-engineered metasurface, which exhibits additional unique features for wavefront shaping such as a large optical memory effect range in combination with a wide angular scattering range, excellent stability, and a tailorable angular scattering profile. Using this designed metasurface with wavefront shaping, we demonstrate high numerical aperture (NA > 0.5) focusing and fluorescence imaging with an estimated ~2.2×108 addressable points in an ~8 mm field of view.
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