超表面可以隨意控制偏振光

哈佛大學(xué)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(shè)計(jì)出一幅全息圖像，并在圖像本身產(chǎn)生偏振可調(diào)響應(yīng)，這一新方法將在成像、顯微鏡、顯示器甚至天文學(xué)等不同領(lǐng)域得到應(yīng)用。這項(xiàng)研究發(fā)表在《Science Advances》上。

計(jì)算機(jī)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(yǔ)翻譯為“全部記錄（Total recording）”，但“全息圖并不是真正的全部記錄，因?yàn)橹挥涗浺粋€(gè)振幅和一個(gè)相位，如果光是標(biāo)量波，這就足夠了。” 但在全息術(shù)和衍射光學(xué)的研究中，光的偏振常常被忽略。然而，各種全息材料和技術(shù)確實(shí)允許以空間變化的方式控制偏振。

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

在近軸區(qū)域，通常是全息術(shù)和傅里葉光學(xué)中未說(shuō)明的假設(shè)——傳播因子，通常是傅里葉變換?, 將“近場(chǎng)”與“遠(yuǎn)場(chǎng)“相聯(lián)系，“近場(chǎng)” 即全息圖產(chǎn)生的具有相位和/或振幅分布的電場(chǎng)（但由于倏逝波，不要與光學(xué)近場(chǎng)混淆），“遠(yuǎn)場(chǎng)”，即期望的相位和/或振幅（盡管更常見(jiàn)的是，僅振幅）分布在許多波長(zhǎng)之外的一些距離。

這里，為了清晰起見(jiàn)，“全息圖”指的是改變物體的物理場(chǎng)，而不是遠(yuǎn)場(chǎng)中的全息圖像，也可以更通俗地稱為全息圖。哈佛大學(xué)約翰保爾森工程和應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（SEAS）設(shè)計(jì)了一種超表面可以根據(jù)光的偏振狀態(tài)操縱光。 研究表明它可以對(duì)無(wú)限數(shù)量的全息圖像進(jìn)行編碼，或者基于大量偏振態(tài)在幾乎無(wú)限數(shù)量的方向上操縱光。這項(xiàng)研究有助于偏振技術(shù)的進(jìn)步，目前事實(shí)證明，超表面技術(shù)甚至比研究人員自己意識(shí)到的更強(qiáng)大。如今，研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)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(tài)的光學(xué)設(shè)備。

這一進(jìn)展是普遍的，幾乎可以應(yīng)用于任何使用偏振光的光學(xué)系統(tǒng)，具體而言，這表明超表面可以用于新型激光系統(tǒng)，其輸出光可以根據(jù)光的偏振狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)，或者甚至可以用于望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，在望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中，類似類型的光學(xué)器件已經(jīng)被用于幫助探測(cè)類地系外行星。

全息技術(shù)一直是記錄和顯示信息的一種流行技術(shù)，該項(xiàng)研究采用了全息術(shù)的基本原理，并對(duì)其進(jìn)行了推廣，大大擴(kuò)展了這項(xiàng)經(jīng)典技術(shù)的信息容量。接下來(lái)，研究人員的目標(biāo)是更好地了解這些設(shè)備，包括如何在現(xiàn)實(shí)世界中應(yīng)用它們。

轉(zhuǎn)自中國(guó)光學(xué)期刊網(wǎng)