光子自旋—軌道相互作用是經(jīng)典光學所忽略的重要現(xiàn)象,近年來研究發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象可通過人工亞波長結(jié)構(gòu)顯著增強并進行按需調(diào)控。傳統(tǒng)超構(gòu)表面僅支持對稱光子自旋—軌道相互作用,存在共軛對稱性限制,難以將不同自旋態(tài)用于多功能集成、復(fù)雜光場調(diào)控、信息加密及存儲等領(lǐng)域。非對稱光子自旋—軌道相互作用能夠使左右旋圓偏振光解耦,為突破上述理論和應(yīng)用限制帶來新契機。本文首先介紹了非對稱光子自旋—軌道相互作用的原理及實現(xiàn)方法,其次介紹非對稱光子自旋—軌道相互作用的代表性應(yīng)用以及特點,最后對非對稱光子自旋—軌道相互作用研究面臨的挑戰(zhàn)和未來的研究方向進行展望。

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

圖1實現(xiàn)非對稱PSOI的單元結(jié)構(gòu)設(shè)計[31]。(a)～(e)超構(gòu)表面及單元結(jié)構(gòu)示意圖；(f)針對工作長532nm單元結(jié)構(gòu)仿真結(jié)果，納米柱材料為二氧化鈦(TiO2)，基底材料為二氧化硅(SiO2);(g)針對工作波長10.6μm單元結(jié)構(gòu)仿真結(jié)果，納米柱材料為硅(Si)，基底材料為氟化鋇(BaF2)

在優(yōu)化設(shè)計過程中，單元結(jié)構(gòu)需要滿足三個條件：可獨立調(diào)控傳輸相位和幾何相位，單元結(jié)構(gòu)極化轉(zhuǎn)換效率高，傳輸相位能覆蓋需要的范圍。為了實現(xiàn)高效的非對稱PSOI，傳輸相位β應(yīng)覆蓋整個[0～2π]范圍，且兩個主軸之間的相位差應(yīng)滿足δ=π。圖1為實現(xiàn)非對稱PSOI最常用的結(jié)構(gòu)形式之一。最后，....

圖2基于非對稱PSOI的(a)～(d)全息和(e)～(h)OAM產(chǎn)生。

國內(nèi)外其它單位在基于非對稱PSOI的理論和手性切換功能器件方面也開展了相關(guān)研究。例如，武漢大學的鄭國興研究團隊利用傳輸相位和幾何相位的復(fù)合實現(xiàn)了任意偏振態(tài)的相位調(diào)控[38]，并進一步結(jié)合集成單元設(shè)計實現(xiàn)納米印刷灰度圖顯示和圓偏振復(fù)用全息[39]；北京大學龔旗煌院士的研究團隊基于非....

圖3非對稱PSOI實現(xiàn)圓偏振不對稱傳輸和波前調(diào)控[32]。(a)超構(gòu)表面電鏡圖；(b)測試不對稱參數(shù)和消光比；(c)圓偏振不對稱傳輸超構(gòu)表面波前調(diào)控效果示意圖

在過去的幾十年里，圓柱矢量光束特別是徑向偏振光，由于其在聚焦和成像中的獨特性質(zhì)而受到了學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。然而，傳統(tǒng)的光學透鏡組存在的體積大、效率低等缺點，嚴重限制了徑向偏振光的發(fā)展和應(yīng)用。超構(gòu)表面的出現(xiàn)為解決上述問題帶來了新的契機。例如，重慶大學喻洪麟課題組提出的一種基于....

圖4非對稱PSOI實現(xiàn)全光邊緣探測[54]。(a)單層超構(gòu)表面將LCPL和RCPL分量對應(yīng)的圖像沿x方向分離；(b)一個線偏振片被用于濾除LCPL和RCPL圖像重疊部分實現(xiàn)邊緣探測

近期，本團隊提出了一種基于相變材料和亞波長“多原子”結(jié)構(gòu)的多態(tài)波前獨立調(diào)控方法，從原理上解決了上述問題[64]。首先設(shè)計出一種可獨立調(diào)控幾何相位和傳輸相位的多原子相變單元，再通過兩者的復(fù)合極大地降低可調(diào)超構(gòu)表面的設(shè)計難度，并且每個單元結(jié)構(gòu)對所有功能均有積極作用。作為方法驗證，在相....

本文編號：3962127