基于非对称光子自旋—轨道相互作用的超构表面

发布时间：2024-04-22 18:58

　　光子自旋—轨道相互作用是经典光学所忽略的重要现象,近年来研究发现该现象可通过人工亚波长结构显著增强并进行按需调控。传统超构表面仅支持对称光子自旋—轨道相互作用,存在共轭对称性限制,难以将不同自旋态用于多功能集成、复杂光场调控、信息加密及存储等领域。非对称光子自旋—轨道相互作用能够使左右旋圆偏振光解耦,为突破上述理论和应用限制带来新契机。本文首先介绍了非对称光子自旋—轨道相互作用的原理及实现方法,其次介绍非对称光子自旋—轨道相互作用的代表性应用以及特点,最后对非对称光子自旋—轨道相互作用研究面临的挑战和未来的研究方向进行展望。

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

图1实现非对称PSOI的单元结构设计[31]。(a)～(e)超构表面及单元结构示意图；(f)针对工作长532nm单元结构仿真结果，纳米柱材料为二氧化钛(TiO2)，基底材料为二氧化硅(SiO2);(g)针对工作波长10.6μm单元结构仿真结果，纳米柱材料为硅(Si)，基底材料为氟化钡(BaF2)

在优化设计过程中，单元结构需要满足三个条件：可独立调控传输相位和几何相位，单元结构极化转换效率高，传输相位能覆盖需要的范围。为了实现高效的非对称PSOI，传输相位β应覆盖整个[0～2π]范围，且两个主轴之间的相位差应满足δ=π。图1为实现非对称PSOI最常用的结构形式之一。最后，....

图2基于非对称PSOI的(a)～(d)全息和(e)～(h)OAM产生。

国内外其它单位在基于非对称PSOI的理论和手性切换功能器件方面也开展了相关研究。例如，武汉大学的郑国兴研究团队利用传输相位和几何相位的复合实现了任意偏振态的相位调控[38]，并进一步结合集成单元设计实现纳米印刷灰度图显示和圆偏振复用全息[39]；北京大学龚旗煌院士的研究团队基于非....

图3非对称PSOI实现圆偏振不对称传输和波前调控[32]。(a)超构表面电镜图；(b)测试不对称参数和消光比；(c)圆偏振不对称传输超构表面波前调控效果示意图

在过去的几十年里，圆柱矢量光束特别是径向偏振光，由于其在聚焦和成像中的独特性质而受到了学术界和产业界的广泛关注。然而，传统的光学透镜组存在的体积大、效率低等缺点，严重限制了径向偏振光的发展和应用。超构表面的出现为解决上述问题带来了新的契机。例如，重庆大学喻洪麟课题组提出的一种基于....

图4非对称PSOI实现全光边缘探测[54]。(a)单层超构表面将LCPL和RCPL分量对应的图像沿x方向分离；(b)一个线偏振片被用于滤除LCPL和RCPL图像重叠部分实现边缘探测

近期，本团队提出了一种基于相变材料和亚波长“多原子”结构的多态波前独立调控方法，从原理上解决了上述问题[64]。首先设计出一种可独立调控几何相位和传输相位的多原子相变单元，再通过两者的复合极大地降低可调超构表面的设计难度，并且每个单元结构对所有功能均有积极作用。作为方法验证，在相....

本文编号：3962127