蘇州納米所張興旺團(tuán)隊(duì)Laser Photonics Rev.：基于非局域共振偏振態(tài)的相位梯度超表面
介質(zhì)光子晶體平板中的導(dǎo)模諧振具有獨(dú)特的光學(xué)響應(yīng)特性，在低閾值激光、結(jié)構(gòu)光場(chǎng)生成與高靈敏傳感等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。在介質(zhì)光子晶體平板中，通過調(diào)控結(jié)構(gòu)單元的空間旋轉(zhuǎn)角度，可使每個(gè)單元散射出的光攜帶與轉(zhuǎn)角線性相關(guān)的幾何相位?；谶@一機(jī)制，可將光子晶體平板構(gòu)建為導(dǎo)模諧振相位梯度超表面，實(shí)現(xiàn)波前調(diào)控。
區(qū)別于傳統(tǒng)局域超表面，這種具有光場(chǎng)非局域特性的導(dǎo)模諧振超表面具備較高的品質(zhì)因子與優(yōu)異的波長(zhǎng)選擇性，其面內(nèi)對(duì)稱性更在動(dòng)量空間約束出豐富的偏振拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如V點(diǎn)、C點(diǎn)、L線等）。以對(duì)稱保護(hù)連續(xù)域的束縛態(tài)為例，該模式理論上具有無(wú)窮大的品質(zhì)因子，能在動(dòng)量空間Γ點(diǎn)產(chǎn)生偏振奇點(diǎn)，形成線偏振渦旋分布。因此，當(dāng)圓偏振光與面內(nèi)特定動(dòng)量的線偏振導(dǎo)模諧振耦合時(shí)，將發(fā)生交叉偏振轉(zhuǎn)換并伴隨幾何相位突變?；趯?dǎo)模諧振超表面的這種偏振態(tài)分布，可以在動(dòng)量空間產(chǎn)生像素化的相位調(diào)控φ(kx，ky)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)量空間的波前調(diào)控。然而，如何利用非局域共振偏振態(tài)在實(shí)空間產(chǎn)生像素化的相位調(diào)控φ(x，y)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)空間的波前調(diào)控仍是當(dāng)前亟待突破的挑戰(zhàn)。
針對(duì)這一挑戰(zhàn)，中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所張興旺研究員團(tuán)隊(duì)提出并設(shè)計(jì)了一種具有三階旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性的非局域?qū)ＶC振超表面。通過激發(fā)該結(jié)構(gòu)Γ點(diǎn)的共振線偏振態(tài)，成功實(shí)現(xiàn)了實(shí)空間的波前調(diào)控。在該超表面中，當(dāng)每個(gè)超構(gòu)基元旋轉(zhuǎn)α=π/3時(shí)，即可使Γ點(diǎn)的共振線偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)π（圖1）。因此，當(dāng)入射光為圓偏振時(shí)，出射的交叉偏振態(tài)能夠獲得φ=±6α的高階幾何相位?；谶@一原理，研究團(tuán)隊(duì)成功制備出具有線性空間相位梯度的非局域?qū)ＶC振超表面。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該器件在功能上等效于一個(gè)手性選擇的光束偏轉(zhuǎn)器，能夠依據(jù)入射光手性的不同，實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)角度可控的異常光束偏折。該工作為非局域超表面的光場(chǎng)調(diào)控提供了一條新思路。
圖1. 基于非局域共振偏振態(tài)的相位梯度超表面的工作原理。
該工作以Anomalous Beam Deflection Enabled by Resonant Polarization States in Nonlocal Phase Gradient Metasurfaces為題發(fā)表在Laser & Photonics Reviews上。中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所博士后夏夢(mèng)和博士生周嘉欣為該論文共同第一作者，張興旺研究員為論文通訊作者。該研究獲得了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、蘇州市科學(xué)技術(shù)局和江蘇省科學(xué)技術(shù)廳等項(xiàng)目的支持，同時(shí)也得到了中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所納米真空互聯(lián)實(shí)驗(yàn)站（Nano-X）、納米加工平臺(tái)的支持。
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