基于介质超表面的径向偏振贝塞尔透镜
【重庆大学喻洪麟教授课题组】


        圆柱矢量光束在高分辨成像、粒子操控和材料加工等领域具有广阔的应用前景。目前,关于圆柱矢量光束生成调控的研究,尤其是在由单个器件同时实现光束生成和波前操纵的方面,仍受到实现机理、结构设计等因素的制约。
        在过去的几十年里,圆柱矢量波,特别是径向偏振光(RPL),由于其在聚焦和成像中的独特性质而受到越来越多的关注。RPL是偏振方向为轴对称分布的光束,在聚焦平面上具有强的纵向分量,这使得RPL聚焦可以产生更紧密的焦斑。
        超表面是一种新型电磁材料,不仅能够灵活地调控电磁波的波前,而且能够兼顾微型化和集成化。现如今,超表面在实现偏振滤波器、聚焦透镜、光学全息以及涡旋光束生成器等光学器件时,均具有效率高、体积小等优势。

        重庆大学光电工程学院喻洪麟教授研究团队致力于研究基于超表面的矢量光束生成与调控,该研究团队在2017年率先提出了非对称光子自旋轨道相互作用(SOI)(光电工程, 2017, 44(3): 319–325),其关键在于多相位融合,即利用单层超表面对自旋相关的几何相位与自旋无关的波导传输位相进行独立调控。非对称光子SOI的提出,为矢量光束的生成、波前操纵和色散调控提供了新的思路。
        在此基础上,基于非对称SOI,课题组首次提出了利用单层超表面同时实现圆不对称传输和波前操纵的集成设计方法,该研究工作作为封面论文发表在Advanced Functional MaterialsAdvanced Functional Materials, 2017, 27(47): 1704295)。
        基于多相位融合,课题组提出多自由度激发和调控电磁谐振的设计方法,通过几何相位和等离子体共振相位融合,可实现宽带色散调控(8~12 μm),效率高达60% (Applied Physics Express, 2018, 11(8): 082004)。
        针对目前基于超表面的光子器件功能固定的问题,课题组提出了一种结合相变材料和超表面的方法来实现动态、可调谐光子器件,该工作以封面论文的形式发表在Advanced ScienceAdvanced Science, 2018, 5(10): 1800835)。
        针对太赫兹吸收器件带宽受限的问题,课题组借助于色散调控原理,利用双层超表面结构实现了超宽带太赫兹吸收器件,该工作已被Nanophotonics录用。
        近期,该研究团队采用人工电磁材料—超表面,利用非对称光子自旋-轨道相互作用,对两种自旋态的光子进行独立操纵,进而通过自旋重组生成矢量光束,实现任意波前调控。他们结合贝塞尔无衍射光束获得突破衍射极限聚焦,最终实现一种超衍射极限聚焦透镜的研究设计。该成果发表在《光电工程》2018年第11期,对推动微纳光子学、材料科学和凝聚态物理等多个学科领域的发展具有较为重要的意义。

 
(a), (b) x偏振光贝塞尔聚焦焦平面和xoz平面强度分布;(c) 径向偏振光贝塞尔聚焦焦平面强度分布;(d) 图(a)和图(c)中y=0的横轴线


通信作者简介
       喻洪麟,女,重庆大学光电工程学院二级教授、博士生导师,“新型微纳器件与系统技术”国防重点学科实验室常务副主任,享受国务院政府特殊津贴。以新型微纳器件与系统技术国防重点学科实验室和光电技术及系统教育部重点实验室为核心,长期从事微纳光学、精密仪器及机械、光电技术及系统等相关领域研究。主持过“实现小型光电编码器高分率的原理研究”、“光空间调制与光空间滤波扭矩测量原理研究”、“水轮机机械系统动态特性原理研究”、“基于球对称的交流电磁感应环型阵列器原理研究”、“基于超材料的红外偏振调控器原理研究”5项国家自然科学基金课题,以及国家863计划项目等二十余项国家及省部级科研项目。其中完成的“实现小型光电编码器高分率的原理研究”被国家基金评为优秀成果,曾获国家科技进步二等奖1项,教育部科技进步二等奖2项,重庆市科技进步一等奖1项,发表相关学术论文60余篇。

相关论文
陈俊妍, 张飞, 张明, 等. 基于介质超表面的径向偏振贝塞尔透镜[J]. 光电工程, 2018, 45(11): 180124.
DOI: 10.12086/oee.2018.180124