Studies

Struktūrinė šviesa – elektromagnetinės bangos, turinčios stiprų erdvinį amplitudės, fazės ir poliarizacijos nehomogeniškumą – užėmė toli siekiančias pozicijas tiek optiniuose tyrimuose, tiek taikymuose. Neseniai paskelbtame straipsnyje (Light: Science and applications) parodėme, kad struktūrinė neparaksialinė THz šviesa Airy, Beselio ir Gauso pluoštų pavidalu gali būti generuojama kompaktiškai, naudojant išskirtinai silicio difrakcinę optiką, paruoštą femtosekundinės lazerinės abliacijos technologija. Greitėjantis generuojamos THz struktūrinės Airy šviesos sklidimas erdvėje parodomas vaizdinant objektus, kuriuos iš dalies užstoja nepermatomos medžiagos plokštelė. Skirtingai nuo įprastųparaksialinių metodų, kai lęšio ir kubinės fazės (arba amplitudės) kaukės derinys sukuria nedifrakuojantį Airy spindulį, pademonstravome tuo pačiu metu be papildomo objektyvo neparaksialinį THz Airy pluošto generavimą ir jo taikymą vaizdo sistemose. Pateikiami pavienių objektų vaizdai, vaizdinimas su valdoma kliūtimi ir sukrautų grafeno sluoksnių vaizdinimas, atskleidžiantis 2D medžiagų kokybės tikrinimo metodo galimybes. Struktūrinis neparaksinis THz apšvietimas buvo tiriamas tiek teoriškai, tiek eksperimentiškai naudojant atitinkamus charakterizavimo etalonus. Struktūrinis THz apšvietimas nuolat pranoksta įprastąjį skiriamąja gebą ir kontrastu, taip atverdamas naujas struktūrinės šviesos taikymo galimybes vaizdinime, nes leidžia sofistikuotai įvertinti tiriamų struktūrų optines savybes.

Šiame pasiūlyme projektuojame, gaminame, tikriname ir palyginame įvairius fotoninius elementus, mikropagamintus naudojant didelės galios lazerinę SI plokštelių abliaciją. Planuojame ne tik fotoninių elementų pritaikymą ne tik struktūrizuotam neparaksialiniam taikinių apšvietimui, bet ir panaudoti pagamintą fotoniką šviesos surinkimui vieno pikselio neparaksiniame vaizdavime. Šviesos surinkimas dažniausiai atliekamas naudojant lęšius, todėl fotoninius elementus palyginsime su įprastiniais lęšiais.

Structured light – electromagnetic waves with a strong spatial inhomogeneity of amplitude, phase, and polarization – has occupied far-reaching positions in both optical research and applications. In a recent publication (Light: Science and Applications) we have shown that structured nonparaxial THz light in the form of Airy, Bessel, and Gaussian beams can be generated in a compact way using exclusively silicon diffractive optics prepared by femtosecond laser ablation technology. The accelerating nature of the generated structured light is demonstrated via THz imaging of objects partially obscured by an opaque beam block. Unlike conventional paraxial approaches, when a combination of a lens and a cubic phase (or amplitude) mask creates a nondiffracting Airy beam, we demonstrated simultaneous lensless non-paraxial THz Airy beam generation and its application in imaging systems. Images of single objects, imaging with a controllable placed obstacle, and imaging of stacked graphene layers are presented, revealing the potential of the approach to inspecting the quality of 2D materials. Structured nonparaxial THz illumination was investigated both theoretically and experimentally with appropriate extensive benchmarks.

The structured THz illumination consistently outperforms the conventional one in resolution and contrast, thus opening new frontiers of structured light applications in imaging, as it enables sophisticated estimates of the optical properties of the investigated structures. In this proposal, we design, manufacture, inspect and benchmark various photonic elements microfabricated using high-power laser ablation of SI wafers. We plan not only an extension of photonic elements for the structured nonparaxial illumination of targets but also to use produced photonic for light collection in single pixel nonparaxial imaging. The light collection is usually performed using lenses, so we will benchmark the photonic elements against conventional lenses.