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西安光機所超透鏡研究取得進展

時間:2019-03-06  來源:瞬態室文本大小:【 |  | 】  【打印

  近期,瞬態光學與光子技術國家重點實驗室微納光學與光子集成課題組基于超透鏡(metalens)的光子自旋霍爾效應,實現了左、右旋圓偏振光在三維空間任意位置的聚焦,打破了以往自旋相關光束聚焦的對稱性,對基于超透鏡的光學成像研究具有重要意義。該研究得到了中國科學院戰略性先導科技專項(B類)“大規模光子集成芯片”和國家自然科學基金項目的大力資助。相關成果3月5日在線發表于Wiley旗下期刊《Advanced Optical Materials》([email protected];SCI一區),并以封面(Inside Front Cover)形式對此項成果進行了亮點報道,論文題目:Multidimensional manipulation of photonic spin Hall effect with a single-layer dielectric metasurface。

  左圖:期刊封面;右圖:成果報道 

  傳統的光學透鏡是通過玻璃厚度變化來調節入射光相位實現聚焦的,這樣的透鏡體積大而且笨重。隨著微納光學的不斷發展,傳統光學透鏡難以滿足大規模集成以及器件小型化、功能多樣化的要求。超透鏡是一種通過人工方式將具有特殊電磁特性的光學天線按照一定方式進行排列的二維平面透鏡結構,可實現對入射光振幅、相位、偏振等參量的靈活調控,在超分辨顯微成像、全息光學、消色差透鏡等方面有重要應用。超透鏡不僅突破了傳統光學透鏡的電磁屬性,其二維的平面結構更易于加工和集成,為光學透鏡的小型化與集成化提供解決方案。

  研究團隊基于單層超透鏡結構實現了光子的自旋霍爾效應,并利用該效應獲得了左、右旋圓偏振光在空間任意位置的聚焦。類似電子的自旋霍爾效應,自旋角動量相反(即左、右旋圓偏振)的光子經過非均勻介質傳輸時,會產生光束的自旋分裂現象,即光子自旋霍爾效應(Photonic Spin Hall Effect)。研究團隊利用構成超透鏡的納米天線動力學相位與Pancharatnam-Berry幾何相位結合的方法,巧妙設計超透鏡上納米天線幾何結構與空間取向,在單層超透鏡上實現了光子自旋霍爾效應及左、右旋圓偏振光相位的獨立操控,在橫向和徑向同時完成了不同自旋態光束的聚焦,提升了超透鏡的光束操控及聚焦能力,具有結構緊湊,靈活性強等優點,能夠滿足大規模集成及器件小型化、功能多樣化的需求,在全矢量偏振成像、圓二色性光譜檢測等領域有重要的應用。(瞬態室  供稿)

  基于單層介質超表面的光子自旋霍爾效應

  論文鏈接:https://doi.org/10.1002/adom.201801365

  封面鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.201970018

 

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