Published January 1, 2024
| Version v1
Publication
Open
Numerical Design of 0.99 Numerical Aperture Planar Metalens for High Spatial Resolution Terahertz Imaging
- 1. Van Lang University
- 2. Hanbat National University
- 3. Seoul National University
- 4. University of Ulsan
Description
Terahertz (THz) wave imaging has potential features for the medicine such as cancer detection. Nevertheless, traditional lenses are heavy, bulky, low spatial resolution and difficult to integrate. Recently, metasurface has emerged as a compelling approach for achieving a lightweight, ultrathin, and easy integration. Although many THz metasurface lenses have been proposed for the wave focusing application, there are a few THz metalenses that are polarization insensitive and have a high spatial resolution for THz imaging. In this paper, an ultra-thin, planar, polarization independent, and high numerical aperture metalens has been proposed using double split-ring resonator (DSRR) structures for high resolution THz wave focusing. The combination method of the propagation phase (adjusting the diameter of the outer ring of DSRR) and the geometric phase (changing the slit of the DSRR) is applied to build the unit cell library including eight DSRRs, which can cover full phase from 0 to 2π, and is independent with polarization of the incident wave. By arranging the DSRRs into the concentric rings on a thin substrate, an ultrathin, polarization insensitive, and high numerical aperture metalens is designed with a thickness of 0.55λ, a focal length of 660 μm (4λ), radius of 4.678 mm (28.35 λ), and numerical aperture of 0.99 that can work at 1.82 THz (wavelength (λ) of 165 μm). The designed metalens with the near-unity numerical aperture achieves a high spatial resolution of 89 μm (0.54λ), which can produce high-quality images. It means that the proposed metalens can resolve the microscale features separated by sub-wavelength distance (< 90 μm). Therefore, the suggested metalens can be served as an objective lens for the miniaturized microscopy, opening a new avenue for microscopic THz imaging and showing potential usage in tiny THz imaging systems for cancer detection application.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يحتوي تصوير الموجة تيراهيرتز (THz) على ميزات محتملة للدواء مثل الكشف عن السرطان. ومع ذلك، فإن العدسات التقليدية ثقيلة وضخمة ومنخفضة الدقة المكانية ويصعب دمجها. في الآونة الأخيرة، برزت ميتاسورفيس كنهج مقنع لتحقيق تكامل خفيف الوزن ورقيق للغاية وسهل. على الرغم من اقتراح العديد من العدسات فوق السطحية بتردد THz لتطبيق تركيز الموجة، إلا أن هناك عددًا قليلاً من العدسات المعدنية بتردد THz غير الحساسة للاستقطاب ولها دقة مكانية عالية للتصوير بتردد THz. في هذه الورقة، تم اقتراح معدن بفتحة رقمية عالية ومستوية ومستقلة عن الاستقطاب باستخدام هياكل رنانة مزدوجة الحلقة (DSRR) لتركيز موجات THz عالية الدقة. يتم تطبيق طريقة الجمع بين طور الانتشار (ضبط قطر الحلقة الخارجية لـ DSRR) والطور الهندسي (تغيير شق DSRR) لبناء مكتبة خلية الوحدة بما في ذلك ثمانية DSRRs، والتي يمكن أن تغطي الطور الكامل من 0 إلى 2 π، وهي مستقلة مع استقطاب الموجة الساقطة. من خلال ترتيب DSRRs في الحلقات متحدة المركز على ركيزة رقيقة، يتم تصميم معدن فائق النحافة وغير حساس للاستقطاب وعالي الفتحة الرقمية بسماكة 0.55λ، وبطول بؤري 660 ميكرومتر (4 λ)، ونصف قطر 4.678 مم (28.35 λ)، وفتحة رقمية 0.99 يمكن أن تعمل عند 1.82 THz (الطول الموجي (λ) من 165 ميكرومتر). يحقق المعدن المصمم بفتحة رقمية قريبة من الوحدة دقة مكانية عالية تبلغ 89 ميكرومتر (0.54λ)، والتي يمكن أن تنتج صورًا عالية الجودة. وهذا يعني أن المعدن المقترح يمكن أن يحل الميزات الميكروسكوبية المفصولة بمسافة الطول الموجي الفرعي (< 90 ميكرومتر). لذلك، يمكن استخدام المعدن المقترح كعدسة موضوعية للفحص المجهري المصغر، مما يفتح مجالًا جديدًا للتصوير المجهري بتردد THz ويظهر الاستخدام المحتمل في أنظمة التصوير الصغيرة بتردد THz لتطبيق الكشف عن السرطان.Translated Description (French)
L'imagerie par ondes térahertz (THz) présente des caractéristiques potentielles pour le médicament, telles que la détection du cancer. Néanmoins, les lentilles traditionnelles sont lourdes, encombrantes, de faible résolution spatiale et difficiles à intégrer. Récemment, la métasurface est apparue comme une approche convaincante pour parvenir à une intégration légère, ultramince et facile. Bien que de nombreuses lentilles de métasurface THz aient été proposées pour l'application de focalisation d'ondes, il existe quelques lentilles métalliques THz qui sont insensibles à la polarisation et ont une résolution spatiale élevée pour l'imagerie THz. Dans cet article, un métal ultra-mince, planaire, indépendant de la polarisation et à ouverture numérique élevée a été proposé en utilisant des structures de résonateur à double anneau divisé (DSRR) pour une focalisation d'onde THz à haute résolution. La méthode de combinaison de la phase de propagation (ajustement du diamètre de l'anneau externe du DSRR) et de la phase géométrique (changement de la fente du DSRR) est appliquée pour construire la bibliothèque de cellules unitaires comprenant huit DSRR, qui peut couvrir toute la phase de 0 à 2π, et est indépendante de la polarisation de l'onde incidente. En disposant les DSRR dans les anneaux concentriques sur un substrat mince, un métal ultramince, insensible à la polarisation et à ouverture numérique élevée est conçu avec une épaisseur de 0,55λ, une distance focale de 660 μm (4λ), un rayon de 4,678 mm (28,35 λ) et une ouverture numérique de 0,99 qui peut fonctionner à 1,82 THz (longueur d'onde (λ) de 165 μm). Le métal conçu avec l'ouverture numérique presque unitaire atteint une résolution spatiale élevée de 89 μm (0,54λ), ce qui peut produire des images de haute qualité. Cela signifie que les métaux proposés peuvent résoudre les caractéristiques à l'échelle microscopique séparées par une distance inférieure à la longueur d'onde (< 90 μm). Par conséquent, les métaux suggérés peuvent être utilisés comme lentille d'objectif pour la microscopie miniaturisée, ouvrant une nouvelle voie pour l'imagerie microscopique THz et montrant une utilisation potentielle dans de minuscules systèmes d'imagerie THz pour une application de détection du cancer.Translated Description (Spanish)
Las imágenes de ondas de terahercios (THz) tienen características potenciales para el medicamento, como la detección del cáncer. Sin embargo, las lentes tradicionales son pesadas, voluminosas, de baja resolución espacial y difíciles de integrar. Recientemente, metasurface se ha convertido en un enfoque convincente para lograr una integración ligera, ultrafina y fácil. Aunque se han propuesto muchas lentes de metasuperficie de THz para la aplicación de enfoque de ondas, hay algunos metalentes de THz que son insensibles a la polarización y tienen una alta resolución espacial para la obtención de imágenes de THz. En este documento, se han propuesto metalenos ultrafinos, planos, independientes de la polarización y de alta apertura numérica utilizando estructuras de resonador de doble anillo dividido (DSRR) para el enfoque de ondas de THz de alta resolución. El método combinado de la fase de propagación (ajustar el diámetro del anillo exterior de la DSRR) y la fase geométrica (cambiar la ranura de la DSRR) se aplica para construir la biblioteca de celdas unitarias que incluye ocho DSRR, que pueden cubrir la fase completa de 0 a 2π, y es independiente de la polarización de la onda incidente. Al disponer las DSRR en los anillos concéntricos sobre un sustrato delgado, se diseña un metaleno ultrafino, insensible a la polarización y de alta apertura numérica con un espesor de 0,55λ, una longitud focal de 660 μm (4λ), un radio de 4,678 mm (28,35 λ) y una apertura numérica de 0,99 que puede funcionar a 1,82 THz (longitud de onda (λ) de 165 μm). Los metalenos diseñados con la apertura numérica cercana a la unidad logran una alta resolución espacial de 89 μm (0,54λ), que puede producir imágenes de alta calidad. Significa que los metalenos propuestos pueden resolver las características de microescala separadas por una distancia de sublongitud de onda (< 90 μm). Por lo tanto, los metalenos sugeridos pueden servir como una lente objetivo para la microscopía miniaturizada, abriendo una nueva vía para la obtención de imágenes microscópicas de THz y mostrando el uso potencial en pequeños sistemas de imágenes de THz para la aplicación de detección de cáncer.Files
10416851.pdf.pdf
Files
(245 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:c1ef2bd58687352d7ee26e67592f2868
|
245 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تصميم رقمي لعدسات مستوية بفتحة عددية 0.99 لتصوير تيراهيرتز عالي الدقة المكانية
- Translated title (French)
- Conception numérique de 0,99 métal planaire à ouverture numérique pour l'imagerie térahertz à haute résolution spatiale
- Translated title (Spanish)
- Diseño numérico de metalenos planos de apertura numérica de 0,99 para imágenes de terahercios de alta resolución espacial
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4391342217
- DOI
- 10.1109/access.2024.3359907
References
- https://openalex.org/W1599411477
- https://openalex.org/W1968902663
- https://openalex.org/W1980327916
- https://openalex.org/W1981289394
- https://openalex.org/W2000819927
- https://openalex.org/W2003572027
- https://openalex.org/W2027029957
- https://openalex.org/W2043898052
- https://openalex.org/W2059651431
- https://openalex.org/W2063266255
- https://openalex.org/W2077735967
- https://openalex.org/W2078690902
- https://openalex.org/W2087342506
- https://openalex.org/W2088166741
- https://openalex.org/W2096000259
- https://openalex.org/W2118761136
- https://openalex.org/W2120505919
- https://openalex.org/W2121607567
- https://openalex.org/W2129310953
- https://openalex.org/W2130179890
- https://openalex.org/W2142995096
- https://openalex.org/W2159795787
- https://openalex.org/W2288013686
- https://openalex.org/W2302338326
- https://openalex.org/W2368505379
- https://openalex.org/W2413712988
- https://openalex.org/W2467037196
- https://openalex.org/W2522950390
- https://openalex.org/W2571907177
- https://openalex.org/W2573789114
- https://openalex.org/W2612308022
- https://openalex.org/W2720962517
- https://openalex.org/W2767035832
- https://openalex.org/W2780100310
- https://openalex.org/W2791236330
- https://openalex.org/W2801820132
- https://openalex.org/W2803713977
- https://openalex.org/W2809901669
- https://openalex.org/W2886639952
- https://openalex.org/W2894974451
- https://openalex.org/W2903497975
- https://openalex.org/W2914591624
- https://openalex.org/W2920156004
- https://openalex.org/W2944600736
- https://openalex.org/W2967232720
- https://openalex.org/W2974108037
- https://openalex.org/W2979800208
- https://openalex.org/W2992220369
- https://openalex.org/W3020030486
- https://openalex.org/W3028827354
- https://openalex.org/W3037588010
- https://openalex.org/W3041837210
- https://openalex.org/W3091929342
- https://openalex.org/W3100407519
- https://openalex.org/W3105161832
- https://openalex.org/W3113003914
- https://openalex.org/W3118551012
- https://openalex.org/W3122465939
- https://openalex.org/W3130820442
- https://openalex.org/W3134277770
- https://openalex.org/W3150156360
- https://openalex.org/W3157051950
- https://openalex.org/W3164835394
- https://openalex.org/W3168819126
- https://openalex.org/W3183232947
- https://openalex.org/W3209405857
- https://openalex.org/W4205254989
- https://openalex.org/W4210376167
- https://openalex.org/W4214871135
- https://openalex.org/W4214922106
- https://openalex.org/W4283656623
- https://openalex.org/W4296358790
- https://openalex.org/W4306693630
- https://openalex.org/W4310154853
- https://openalex.org/W4312203927
- https://openalex.org/W4364360801
- https://openalex.org/W4388962224