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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,瞬态光学与光子技术国家重點實驗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。该研究得到了中國科學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,論文题目: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,爲光學透鏡的小型化與集成化提供解決方案。

  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)

  基于單層介質超表面的光子自旋霍爾效應

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

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