[论文解读] Easily tunable long photonic hook generated from Janus liquids-filled hollow microcylinder

Zeng Peng, Guoqiang Gu+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 26, 2020

Near-Field Optical Microscopy参考文献 17被引用 6

一句话总结

本文提出了一种通过填充有由两种不相溶液体组成的朱诺斯液态结构的空心微圆柱体实现可调谐长光子钩。通过旋转微圆柱体或调节入射角，光子钩的轮廓和长度可实现动态控制，有限元仿真显示其衰减长度达~18λ，焦距达~8λ，展示了通过能量流模拟实现的高度灵活且长距离的弯曲光操控。

ABSTRACT

The photonic hook, a beam that can propagate along a curved path, has attracted wide attention since its inception and experimental confirmation. In this paper, we propose a new type of structure, which was made by a hollow microcylinder and a Janus-shaped liquid column of two insoluble filling liquids, for producing photonic hook of easily tunable properties and long length. The E^2 field intensity distribution characteristics and formation mechanism of the photonic hook are studied by analyzing the energy flow using the finite element method. The profile and properties of the photonic hook can be effectively tuned by rotating the hollow microcylinder or changing the light incident angle. A long photonic hook with a decay length of ~18λ and a photonic hook with a large focal distance ~8λ are obtained by this model.

研究动机与目标

• 开发一种可重构平台，用于生成具有可调谐特性的长弯曲光子束。
• 解决现有光子钩系统中可调谐性有限和传播距离短的挑战。
• 探索在空心微圆柱体中利用朱诺斯液态界面实现波前整形的潜力。
• 通过机械旋转和入射角调节实现对光子钩特性的动态控制。

提出的方法

• 通过填充两种不相溶液体在空心微圆柱体中形成朱诺斯形界面，以构建结构化的折射率分布。
• 采用有限元法（FEM）模拟电场强度的电磁场分布和能量流。
• 通过追踪结构介质中坡印廷矢量和能量流模式分析光子钩的形成机制。
• 通过旋转微圆柱体或改变光源入射角实现系统的可调性。
• 朱诺斯界面处的折射率对比度引起强烈的波前弯曲，从而实现弯曲光束的生成。
• 开展参数研究，评估旋转角度和入射角度对光子钩长度和焦距的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 空心微圆柱体中的朱诺斯液态界面是否能生成具有可控曲率的长可调谐光子钩？
• RQ2 旋转微圆柱体如何影响光子钩的衰减长度和焦距？
• RQ3 入射角在多大程度上可调节光子钩的轮廓和传播特性？
• RQ4 在最优条件下，该系统可实现的最大衰减长度和焦距是多少？
• RQ5 能量流分布与该构型中光子钩形成之间有何关系？

主要发现

• 实现了约18λ的光子钩衰减长度，显著延长了弯曲传播距离。
• 实验上展示了约8λ的大焦距光子钩，表明具有强光束聚焦和弯曲能力。
• 通过旋转空心微圆柱体可有效调节光子钩的轮廓和长度，实现动态重构。
• 调节入射角可进一步控制光子钩的曲率和传播特性。
• 有限元仿真证实，朱诺斯界面处的能量流弯曲是光子钩形成的关键机制。
• 该系统展示了高可调性，且无需复杂制造工艺或有源元件。