无限带宽偏振保持超表面

极化是电磁波的关键参数之一，在三维显示、量子计算、化学传感等领域发挥着重要的作用。传统的任意极化产生方法涉及到大量的光学元件，包括偏振片和波片。近年来，通过局部设计亚波长结构来控制电磁波的所有参数，如相位、频率、振幅、传播方向和偏振，提出了光学薄厚度的超表面，并进行了各种应用，包括透镜、隐身、传感。利用亚表面操纵光的偏振态通常依赖于设计各向异性和手性纳米结构，通过控制两个偏振分量之间的偏移量，提出了两个正交偏振的叠加来产生多功能的输出偏振。然而，要产生完全任意的偏振，必须精确控制两个偏振分量的振幅差。振幅控制通常是通过纳米结构的几何尺寸来执行的，其代价是引入振幅响应的巨大色散，不利于在大宽带范围内操作（如下图A和B）。

       最近，来自法国蔚蓝海岸大学（Université Côte d’Azur）的研究人员提出了一种使用正交圆偏振（CP）的适当叠加（参见下图C和D），基本上在无限波长范围内维持衍射信号的全偏振状态。研究人员还证明了该方法与使用简单亚表面双峰的基本色散补偿兼容（参见下图E和F），从而展示了具有宽带偏振保持性能的宽带白光全息图像。偏振螺旋度（即左CP（LCP）或右CP（RCP））的控制以及散射光的方向通过空间定向的双折射几何相位元结构的排列来控制。这种特殊的方法处理从基本光束偏转到复杂全息场分布的波前，依赖于一种独特的纳米结构的复制和旋转。该方法包括：（i）基本上依靠简单的干涉条件，具有与CP相同的衍射场来控制输出光的振幅；（ii）在相反振荡附加相位延迟衍射场，以获得输出光的全偏振。文章以“Bandwidth-unlimited polarization-maintaining metasurfaces”为题，发表在《Science Advances》上。（鲁强兵）

文章链接：https://advances.sciencemag.org/content/7/5/eabe1112