Steuerung des Zeichens der chromatischen Dispersion in diffraktiver Optik mit dielektrischen Metastrukturen

Diffraktionsgittern zerstreuen Licht in einem Regenbogen von Farben in umgekehrter Reihenfolge im Vergleich zu refraktiven Prismen, ein Phänomen, das als negative Dispersion bekannt ist. Während reaktive Dispersion über den Brechungsindex des Materials kontrolliert werden kann, ist diffraktive Dispersion grundsätzlich ein Interferenzphänomen, das durch die Geometrie diktiert wird. Hier zeigen wir, dass diese fundamentale Eigenschaft mit Hilfe von dielektrischen Metastrukturen verändert werden kann, und wir demonstrieren experimentell diffraktive Gitter und fokussierende Spiegel mit positiver, null und hyper-negativer Dispersion. Diese optischen Elemente werden mit einer reflektierenden Metastruktur implementiert, die aus dielektrischen Nanostützen besteht, die eine gleichzeitige Kontrolle über Phase und deren Wellenlängenableitung ermöglichen. Darüber hinaus demonstrieren wir als erste praktische Anwendung einen fokussierenden Spiegel, der eine fünffache Reduktion der chromatischen Dispersion aufweist und somit eine fast dreifache Erhöhung der Betriebsbandbreite im Vergleich zu einem regulären diffraktiven Element. Dieses Konzept stellt die allgemein akzeptierten dispersiven Eigenschaften von diffraktiven optischen Geräten in Frage und erweitert deren Anwendungen und Funktionalitäten.