超表面可以隨意控制偏振光

哈佛大學的研究人員展示了一種利用超表面控制偏振光的新方法。這一新方法使研究人員能夠設計出一幅全息圖像，并在圖像本身產生偏振可調響應，這一新方法將在成像、顯微鏡、顯示器甚至天文學等不同領域得到應用。這項研究發表在《Science Advances》上。

計算機生成全息圖（CGH）的XX阿道夫·洛曼（Adolf Lohmann）在1965年的一篇論文中指出，雖然“全息圖 （Holography）"從希臘語翻譯為“全部記錄（Total recording）"，但“全息圖并不是真正的全部記錄，因為只記錄一個振幅和一個相位，如果光是標量波，這就足夠了。" 但在全息術和衍射光學的研究中，光的偏振常常被忽略。然而，各種全息材料和技術確實允許以空間變化的方式控制偏振。

在過去五十年左右的時間里，它們呈現出各種形式和名稱，其中包括偏振全息圖、偏振光柵、應力工程光學元件、各種液晶器件，以及最近的超表面。這些超表面，亞波長間隔的相移元件陣列，可能強烈形成雙折射，是這項工作的具體重點和實施媒介。然而，在這里研究人員討論的廣義觀點具有更廣泛的適用性。

在近軸區域，通常是全息術和傅里葉光學中未說明的假設——傳播因子，通常是傅里葉變換?, 將“近場"與“遠場“相聯系，“近場" 即全息圖產生的具有相位和/或振幅分布的電場（但由于倏逝波，不要與光學近場混淆），“遠場"，即期望的相位和/或振幅（盡管更常見的是，僅振幅）分布在許多波長之外的一些距離。

這里，為了清晰起見，“全息圖"指的是改變物體的物理場，而不是遠場中的全息圖像，也可以更通俗地稱為全息圖。哈佛大學約翰保爾森工程和應用科學學院（SEAS）設計了一種超表面可以根據光的偏振狀態操縱光。 研究表明它可以對無限數量的全息圖像進行編碼，或者基于大量偏振態在幾乎無限數量的方向上操縱光。這項研究有助于偏振技術的進步，目前事實證明，超表面技術甚至比研究人員自己意識到的更強大。如今，研究人員已經發現了這些超表面中隱藏的潛力，并在一篇新論文中展示了能夠以XXXX的控制程度操縱光的偏振狀態的光學設備。

這一進展是普遍的，幾乎可以應用于任何使用偏振光的光學系統，具體而言，這表明超表面可以用于新型激光系統，其輸出光可以根據光的偏振狀態進行設計，或者甚至可以用于望遠鏡系統，在望遠鏡系統中，類似類型的光學器件已經被用于幫助探測類地系外行星。

全息技術一直是記錄和顯示信息的一種流行技術，該項研究采用了全息術的基本原理，并對其進行了推廣，大大擴展了這項經典技術的信息容量。接下來，研究人員的目標是更好地了解這些設備，包括如何在現實世界中應用它們。

轉自中國光學期刊網