自旋控制生成具有随机交错等离子体超表面的完整偏振集

光学超表面是由精心设计的超薄人造原子阵列组成的精细制作的二维人造纳米结构。这些表面具有超越天然材料的能力，能够实现电磁波的多功能控制

通过设计这些人造原子的形状、大小、旋转和位置，光学超表面可以精确地操纵亚波长空间分辨率的电磁波，在光子学领域提供了巨大的潜在应用

在众多应用中，使用光学超表面控制偏振态得到了广泛的研究。偏振编码多功能元表面的发展代表了光学技术的重大飞跃，允许将更广泛的功能集成到单个元表面中

这种偏振编码集成是通过创新的人造原子设计和不同超表面区域的巧妙交织实现的，预示着光子学的新时代。Metasurfaces作为各种光学应用的多用途平台，体现了朝着更集成和动态可控的光学元件不断取得的进展

尽管使用光学超表面在偏振态控制方面取得了重大进展，但目前大多数超表面仅限于产生分布在有限数量的通道上的几个特定偏振态

迄今为止，很少有关于在多个通道上可控地生成全组偏振态（例如，左旋和右旋圆偏振光，以及不同方向的线偏振光）的方法，以及在不同通道内实现可切换偏振态的技术的报道

为了应对这些挑战，发表在《光电子进展》杂志上的一篇文章的作者提出了一种反射型金-二氧化硅-金等离子体元表面。这种创新设计具有六个随机交错的超表面区域，每个区域都能够同时以不同的反射角度输出和收集不同的偏振态

这种设计方法允许在所有偏振通道上进行多向光束控制，并通过切换入射圆偏振光的自旋状态来实现输出通道中的偏振态变化

该设计包括一个纳米砖形半波片和四个纳米十字形四分之一波片。半波片可以将左旋圆偏振光转换为右旋圆偏振光，反之亦然。通过以45°的增量旋转半波片，产生几何相位梯度，分离出与入射圆偏振光具有相同偏振态的光的反射角

以特定角度旋转的四分之一波片可以将入射的圆偏振光转换为不同角度的线偏振光。这些板提供线性相位梯度，将圆偏振光转换为0°、45°、90°和135°方向的线偏振光，然后以不同角度反射

通过整合这些纳米级板并设计不同的旋转角度，元表面可以在多个通道上同时输出全套偏振态。利用南丹麦大学纳米光学中心的先进微纳制造和表征平台，研究人员通过实验验证了他们的超表面设计

这项研究标志着偏振光学领域的重大进步，并为开发紧凑、高效、强大的光学器件铺平了道路。这些纳米级波片的独特性质为从成像和传感到通信和其他先进光学技术的应用开辟了新的途径

这项技术的潜在影响是巨大的，为实现可以动态控制的复杂光学系统带来了光明的未来，从而提高了各个学科光学元件的通用性和性能 More information: Sören im Sande et al, Spin-controlled generation of a complete polarization set with randomly-interleaved plasmonic metasurfaces, Opto-Electronic Advances (2024). DOI: 10.29026/oea.2024.240076