作為納米光子學(xué)的一個(gè)重要研究分支猎唁，光學(xué)超表面在過(guò)去十年中引起了很大的關(guān)注。精心設(shè)計(jì)的超表面可以在亞波長(zhǎng)范圍內(nèi)任意操縱局部光特性顷蟆，從而使透鏡诫隅、棱鏡缎患、波片、偏振片和分束鏡等傳統(tǒng)光學(xué)元件的平面化成為可能阎肝。 此外挤渔，靈活的設(shè)計(jì)策略進(jìn)一步使超表面能夠在單層平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)光波的多維操縱。例如风题，通過(guò)訴諸光偏振判导、波長(zhǎng)和入射角，以及不同的空間復(fù)用方案沛硅，已經(jīng)有實(shí)現(xiàn)不同功能的大量多功能超表面得到報(bào)道眼刃。但是這些多功能超表面僅在一個(gè)操作空間有效，即要么透射空間或反射空間摇肌。
用于全空間可見(jiàn)光三功能控制的介質(zhì)型偏振濾波雙膠合超表面
技術(shù)背景：
作為納米光子學(xué)的一個(gè)重要研究分支擂红，光學(xué)超表面在過(guò)去十年中引起了很大的關(guān)注。精心設(shè)計(jì)的超表面可以在亞波長(zhǎng)范圍內(nèi)任意操縱局部光特性围小，從而使透鏡昵骤、棱鏡、波片肯适、偏振片和分束鏡等傳統(tǒng)光學(xué)元件的平面化成為可能变秦。 此外，靈活的設(shè)計(jì)策略進(jìn)一步使超表面能夠在單層平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)光波的多維操縱框舔。例如蹦玫，通過(guò)訴諸光偏振、波長(zhǎng)和入射角刘绣，以及不同的空間復(fù)用方案樱溉，已經(jīng)有實(shí)現(xiàn)不同功能的大量多功能超表面得到報(bào)道。但是這些多功能超表面僅在一個(gè)操作空間有效纬凤，即要么透射空間或反射空間福贞。
能夠獨(dú)立控制透射和反射空間中的光的光學(xué)器件對(duì)于構(gòu)建超緊湊光學(xué)系統(tǒng)具有重要意義。這是zui近基于多層超表面實(shí)現(xiàn)的移斩。據(jù)報(bào)道肚医，四層金屬貼片可以協(xié)同實(shí)現(xiàn)偏振相關(guān)的透射/反射控制，通過(guò)精心設(shè)計(jì)使全空間內(nèi)的獨(dú)立光波前控制成為可能向瓷〕μ祝基于類(lèi)似的原理，通過(guò)同時(shí)選擇入射方向和光偏振猖任，五層等離子體超表面被證明可以產(chǎn)生三個(gè)波前操作你稚。值得注意的是，這些實(shí)現(xiàn)了多功能全空間光控制的超表面主要在微波波段，且使用印刷電路板技術(shù)制備刁赖。然而搁痛，考慮到金屬的固有吸收損耗，顯然將上述結(jié)構(gòu)配置直接轉(zhuǎn)移到可見(jiàn)波段將不可避免地難以見(jiàn)效宇弛。此外鸡典，具有相當(dāng)小尺寸和多層不同幾何形狀的meta-atoms的實(shí)際實(shí)現(xiàn)無(wú)疑會(huì)使納米加工過(guò)于繁重和昂貴，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)認(rèn)真考慮這一點(diǎn)枪芒。因此彻况，迫切需要一種新穎且簡(jiǎn)便的超表面架構(gòu)，該架構(gòu)允許對(duì)全空間可見(jiàn)光進(jìn)行多功能控制舅踪，并具有高效和輕快的設(shè)計(jì)復(fù)雜性纽甘。單層介質(zhì)型超表面(dielectric metafaces)已被證明能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)可見(jiàn)光的高效操縱〕槁担可以預(yù)期悍赢，通過(guò)利用多層介質(zhì)型超表面可以進(jìn)一步擴(kuò)展光控制的自由度，其中雙層超表面或雙膠合超表面(metaface doublet)近來(lái)受到了越來(lái)越多的關(guān)注货徙。迄今為止左权，大多數(shù)報(bào)道的雙層介質(zhì)型超表面都被證明可在近紅外區(qū)域運(yùn)行，并且大部分工作主要致力于單色像差校正破婆、多波長(zhǎng)控制以及和光路或偏振控制等涮总。然而，它們?cè)谌臻g光控制方面的潛力仍待開(kāi)發(fā)祷舀。
技術(shù)要點(diǎn)：
基于此，山東濟(jì)南大學(xué)的Song Gao(一作)和Yang Li(通訊)提出了利用雙膠合介質(zhì)型超表面(dielectric metasurface doublet, DMD)實(shí)現(xiàn)全空間可見(jiàn)光的高效和多功能控制的方法烹笔。它能夠?qū)崿F(xiàn)三種不同的入射方向和偏振觸發(fā)波前整形功能裳扯，包括異常光束偏轉(zhuǎn)、光聚焦谤职、渦流光束生成和全息圖像投影饰豺。與多層金屬超表面相比，所提出的超表面在設(shè)計(jì)復(fù)雜性允蜈、效率和制造方面都更有優(yōu)勢(shì)冤吨。此外，由于可以部署具有不同極化響應(yīng)的介質(zhì)meta-atoms來(lái)構(gòu)建這種超表面饶套，預(yù)計(jì)未來(lái)可以獲得具有多種功能的各種全空間超表面漩蟆，這將極大地推動(dòng)多功能超光學(xué)的發(fā)展。
a) 雙膠合介質(zhì)型超表面的制造過(guò)程妓蛮。b) 為獲得離軸光聚焦功能 (F1 和 F3) 和渦流光束生成 (F2) 計(jì)算的相位分布怠李，以及構(gòu)成所提出的多功能DMD的頂部 MS1 和底部 MS2 的幾何形狀。c) 在制造DMD期間拍攝的 MS1 和 MS2 的顯微鏡和 SEM 圖像
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
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