用于沿光路按需偏振转换的超表面光学

       然而，这些新方案和现有的偏振光学都有一个共同的局限性:它们只考虑横向到纵向的单个平面的偏振特性，缺乏独立控制沿传播方向多个平面偏振的能力，尽管这可能带来进展。这种难以捉摸的能力将为光与物质和生物样品的相互作用开辟新的途径，特别是在活体组织中无法安装多个偏振元件来操纵光的情况下。除了光与物质的相互作用外，这种偏振控制中的自由度对偏振特性(称为偏振测量法)有直接影响，偏振特性依赖于将光投射到不同方向的分析仪上。将它们缩减成单个光学元件，可以将入射光投射到沿光路检测的不同偏振态上，可能揭示光表征的新技术。这种性质的两极分化元素不仅强大，因为它们在紧凑的内存中结合了多个功能，还因为它们提供了可调性;改变入射偏振使器件能够响应不同但完全确定的光结构，这些光结构沿光程的强度和/或偏振可能不同。从某种意义上说，这种可调性挑战了静态超表面的观点，并使偏振成为纵向调节结构光的强大旋钮，从而使光学可调设备和可变焦距透镜等新技术成为可能。然而，这种器件的提出立即引发了一个问题:光的偏振与光子的自旋有着复杂的关系，这样一个守恒量是如何随着在空间中的传播而改变的？

       近日，来自美国哈佛大学的Ahmed H. Dorrah等人提出了一种统一的设计策略，使一类新的偏振元件能够执行沿光束光程变化的任意选择的偏振函数。其基本原理是基于空间极化拍频，它允许入射的平面波在与纳米结构超表面的单一相互作用后，在空间中的每个传播平面上遭遇不同的偏振器样操作和/或波片样转换(仅在局部)。相关工作发表在《Nature photonics》上。（郑江坡）

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41566-020-00750-2