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西安光机所超透镜研究取得进展

时间:2019-03-06  来源:瞬态室文本大小:【 |  | 】  【打印

  近期,瞬态光学与光子技术国家重点实验室微纳光学与光子集成课题组基于超透镜(metalens)的光子自旋霍尔效应,实现了左、右旋圆偏振光在三维空间任意位置的聚焦,打破了以往自旋相关光束聚焦的对称性,对基于超透镜的光学成像研究具有重要意义。该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项(B类)“大规模光子集成芯片”和国家自然科学基金项目的大力资助。相关成果3月5日在线发表于Wiley旗下期刊《Advanced Optical Materials》(IF=7.43@2017;SCI一区),并以封面(Inside Front Cover)形式对此项成果进行了亮点报道,论文题目:Multidimensional manipulation of photonic spin Hall effect with a single-layer dielectric metasurface。

  左图:期刊封面;右图:成果报道 

  传统的光学透镜是通过玻璃厚度变化来调节入射光相位实现聚焦的,这样的透镜体积大而且笨重。随着微纳光学的不断发展,传统光学透镜难以满足大规模集成以及器件小型化、功能多样化的要求。超透镜是一种通过人工方式将具有特殊电磁特性的光学天线按照一定方式进行排列的二维平面透镜结构,可实现对入射光振幅、相位、偏振等参量的灵活调控,在超分辨显微成像、全息光学、消色差透镜等方面有重要应用。超透镜不仅突破了传统光学透镜的电磁属性,其二维的平面结构更易于加工和集成,为光学透镜的小型化与集成化提供解决方案。

  研究团队基于单层超透镜结构实现了光子的自旋霍尔效应,并利用该效应获得了左、右旋圆偏振光在空间任意位置的聚焦。类似电子的自旋霍尔效应,自旋角动量相反(即左、右旋圆偏振)的光子经过非均匀介质传输时,会产生光束的自旋分裂现象,即光子自旋霍尔效应(Photonic Spin Hall Effect)。研究团队利用构成超透镜的纳米天线动力学相位与Pancharatnam-Berry几何相位结合的方法,巧妙设计超透镜上纳米天线几何结构与空间取向,在单层超透镜上实现了光子自旋霍尔效应及左、右旋圆偏振光相位的独立操控,在横向和径向同时完成了不同自旋态光束的聚焦,提升了超透镜的光束操控及聚焦能力,具有结构紧凑,灵活性强等优点,能够满足大规模集成及器件小型化、功能多样化的需求,在全矢量偏振成像、圆二色性光谱检测等领域有重要的应用。(瞬态室  供稿)

  基于单层介质超表面的光子自旋霍尔效应

  论文链接:https://doi.org/10.1002/adom.201801365

  封面链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.201970018