极化无感 Si--GST 金属透镜的全光可变焦开关

金属表面已成为平面光学的基石，使对光传播的精确控制成为可能，通过纳米工程材料实现。动态和可重构的金属透镜是下一代平面光学平台的关键，但其实际实现仍受限于响应慢、光损耗大以及对偏振的敏感性。将醌化物相变材料与金属表面结构相结合，为动态光学调谐提供了强大的平台，由于其中如 Ge$_2$Sb$_2$Te$_5$ (GST) 之类的材料可在无定形和晶体状态之间可逆切换，具有不同的折射率。然而，晶体 GST 在可见到近红外波段的强光吸收，已阻碍了其在可重构金属透镜中的广泛应用。本研究设计了一种基于混合 Si--GST 纳米结构的全介质、极化无感金属表面，以实现在 1.55 {\mu}m 处运行的可动态调谐的双焦金属透镜。该器件实现焦距从 70 {\mu}m 到 200 {\mu}m 的可变焦距，分别在无定形态和晶体态下的聚焦效率为 30% 和 20%，通过有限差分时域（FDTD）仿真验证。使用COMSOL多物理场仿真，我们展示，平面顶光激发可在数十纳秒内实现均匀、可逆的相位转换——无定形化约为13纳秒，结晶化约为90纳秒——无需机械运动或电偏置。对于包括光束定向、动态全息、光路由、多深度成像和光通信等用途的下一代金属表面，此方法因其控制性和稳定性而显示出巨大的前景。