超表面可以随意控制偏振光

哈佛大学的研究人员展示了一种利用超表面控制偏振光的新方法。这一新方法使研究人员能够设计出一幅全息图像，并在图像本身产生偏振可调响应，这一新方法将在成像、显微镜、显示器甚至天文学等不同领域得到应用。这项研究发表在《Science Advances》上。

计算机生成全息图（CGH）的XX阿道夫·洛曼（Adolf Lohmann）在1965年的一篇论文中指出，虽然“全息图 （Holography）”从希腊语翻译为“全部记录（Total recording）”，但“全息图并不是真正的全部记录，因为只记录一个振幅和一个相位，如果光是标量波，这就足够了。” 但在全息术和衍射光学的研究中，光的偏振常常被忽略。然而，各种全息材料和技术确实允许以空间变化的方式控制偏振。

在过去五十年左右的时间里，它们呈现出各种形式和名称，其中包括偏振全息图、偏振光栅、应力工程光学元件、各种液晶器件，以及最近的超表面。这些超表面，亚波长间隔的相移元件阵列，可能强烈形成双折射，是这项工作的具体重点和实施媒介。然而，在这里研究人员讨论的广义观点具有更广泛的适用性。

在近轴区域，通常是全息术和傅里叶光学中未说明的假设——传播因子，通常是傅里叶变换?, 将“近场”与“远场“相联系，“近场” 即全息图产生的具有相位和/或振幅分布的电场（但由于倏逝波，不要与光学近场混淆），“远场”，即期望的相位和/或振幅（尽管更常见的是，仅振幅）分布在许多波长之外的一些距离。

这里，为了清晰起见，“全息图”指的是改变物体的物理场，而不是远场中的全息图像，也可以更通俗地称为全息图。哈佛大学约翰保尔森工程和应用科学学院（SEAS）设计了一种超表面可以根据光的偏振状态操纵光。 研究表明它可以对无限数量的全息图像进行编码，或者基于大量偏振态在几乎无限数量的方向上操纵光。这项研究有助于偏振技术的进步，目前事实证明，超表面技术甚至比研究人员自己意识到的更强大。如今，研究人员已经发现了这些超表面中隐藏的潜力，并在一篇新论文中展示了能够以XXXX的控制程度操纵光的偏振状态的光学设备。

这一进展是普遍的，几乎可以应用于任何使用偏振光的光学系统，具体而言，这表明超表面可以用于新型激光系统，其输出光可以根据光的偏振状态进行设计，或者甚至可以用于望远镜系统，在望远镜系统中，类似类型的光学器件已经被用于帮助探测类地系外行星。

全息技术一直是记录和显示信息的一种流行技术，该项研究采用了全息术的基本原理，并对其进行了推广，大大扩展了这项经典技术的信息容量。接下来，研究人员的目标是更好地了解这些设备，包括如何在现实世界中应用它们。

转自中国光学期刊网