Broadband mid-infrared thermal emission with large degree of circular polarization enabled by symmetry-broken metasurfaces

圆极化 宽带 物理 红外线的 等离子体子 极化(电化学) 发射率 波长 谐振器 光学 光电子学 化学 物理化学 微带线
作者
Qianlong Kang,Guoqing Xu,Xizheng Zhang,Wei Wang,Kai Guo,Zhongyi Guo
出处
期刊:Journal of Science: Advanced Materials and Devices [Elsevier BV]
卷期号:9 (2): 100724-100724 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.jsamd.2024.100724
摘要

Mid-infrared (MIR) circularly polarized emission (CPE) is widely used in molecular sensing, information encryption, target detection and optical communication. However, the generation and regulation of broadband MIR thermal emission with large degree of circular polarization (DoCP) is still a major challenge. Here, we design a symmetry-broken chiral plasmonic metasurface consisting of asymmetric spilt-ring resonators (ASRRs) to emit broadband CPE with high purity in the MIR region of 3.4-5μm. The simulated results show that the DoCPs at the wavelengths of 3.74μm and 4.27μm are 0.7 and 0.71, respectively, and the DoCP is higher than 0.5 in the wide wavelength ranges of 3.5-4.83μm. According to the local Kirchhoff's law, the spin-dependent thermal emission originates from the strong inherent local chirality of the ASRR through the near-field distribution and the local emissivity density. Then, the effects of geometric parameters of meta-unit on the DoCP characteristics are studied in details, which indicates that the geometric perturbation segments quantified by S result in the CPE regulation. Specifically, the DoCP decreases from 0.71 to 0 as the perturbation factor S increasing from 0 to 5. Finally, we numerically demonstrate that the designed chiral plasmonic metasurface has potential applications in infrared circularly polarized light detection.

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