張偉力課題組：偏振調控等離激元全息成像

最新 06-02

天津大學張偉力教授團隊利用亞波長狹縫諧振器作為基本單元結構，構建了全息環，並通過巧妙設計不同狹縫諧振器的旋角，實現了由入射偏振控制的表面等離激元全息成像。

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超表面（metasurface）是由特殊排布的亞波長單元結構組成的人工表面。由於具有特殊的電磁特性，超表面有望替代傳統光學器件，成為調控自由空間光以及表面等離激元的一種最有效的手段。特別是在自由空間光全息成像研究中，採用超表面靈活操控出射電磁波的相位、幅值以及偏振，實現了一系列突破性進展。

但在表面等離激元領域，由於缺乏合適的相位和幅值調製器件，其全息成像一直局限於簡單圖像或特殊光束。另外，不同於自由空間光，表面等離激元的激發、傳輸以及成像均在同一個二維界面內，因而傳輸過程中產生的干涉會極大地影響成像質量。

近期，天津大學精密儀器與光電子工程學院、太赫茲研究中心張偉力教授團隊在表面等離激元全息的研究中取得了突破性進展。該團隊利用亞波長狹縫諧振器作為基本單元結構構成全息環，並通過巧妙設計不同狹縫諧振器的旋角，實現了由入射偏振控制的表面等離激元全息成像。相關研究成果發表在Laser & Photonics Reviews [11, 1600212 (2017)]上，並被選為當期封底論文。

圖1. Laser & Photonics Reviews 2017年1月刊的封底

該團隊在前期研究基礎上，結合幾何相位（Pancharatnam-Berry Phase）的自轉依賴特徵，提出以亞波長狹縫諧振器作為單元結構，通過改變其旋角，實現任意幅值及相位的表面等離激元激發。在全息設計中，為了提高成像質量，他們通過賦予目標像合適的相位梯度來保證表面波的局部傳播方向，以降低不利干涉對成像線條清晰度的影響。另外，他們還通過設計多個全息圓環的間距來調整其成像之間的干涉，在不同旋向的圓偏振極化以及不同角度線偏振極化的入射下來實現偏振選擇的全息成像功能。