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研究院在太赫兹超表面透镜取得新进展

发布者:张慧萍发布时间:2019-09-19浏览次数:10

近日,在高水平大学建设项目的支持下,上海理工大学太赫兹技术创新团队在庄松林院士指导下联合英国赫瑞瓦特大学陈献忠老师课题组在太赫兹偏振可控的超表面透镜研究方面取得新进展;该工作提出了一套理论方案控制太赫兹波的位相和偏振,并利用几何超表面实现了线偏振太赫兹波的多焦点聚焦和焦点偏振任意旋转的控制(1);在此基础上,实现偏振依赖的成像检测。相关研究成果在太赫兹成像,检测和传感领域具有较为广阔应用前景。

1. 太赫兹多焦点和偏振可控的超表面透镜

几何超表面由亚波长的准二维微结构按照特定的排列方式构成,能够有效的调控电磁波的波前(振幅、位相和偏振)。近年来,几何超表面在全息成像、轨道角动量波束、超表面透镜、偏振转换器等方面取得了很多突出的研究成果。其中,几何超表面透镜由于其“超薄”可集成的特性,引起了众多科研工作者的关注。然而,几何超表面中的各项异性单元结构“只能”实现对圆偏振的电磁波实现波前调控;导致目前大部分几何超表面透镜实现均为圆偏振态的聚焦光斑,阻碍了其应用范围。基于此,研究团队提出了一套新的理论方案,巧妙的设计了一种线偏振聚焦和偏振可旋转的几何超表面;该方法充分考虑了几何超表面圆偏振聚焦的原理,将线偏振光分解为相互正交的圆偏振态并借鉴全息成像方法,合成线偏振聚焦调控和偏振旋转调控于一体,形成线偏振太赫兹波的有效聚焦和偏振调控。

2. 入射x-轴偏振的太赫兹波情况下单聚焦超表面透镜的聚焦场分布

如图2所示,一束沿着x-轴偏振的太赫兹波入射至我们所设计的几何超表面透镜,出射的焦斑亦为线偏振态的焦点且相对于入射光旋转了900,即我们提出的方案实现了线偏振聚焦和偏振旋转调控。在此基础上,我们还提出了多焦点的线偏振聚焦和偏振调控:如图3所示,入射一束沿着x-轴偏振的太赫兹波,将在传播方向不同的位置上产生两个分别沿着x-轴和y-轴偏振的聚焦焦斑。进一步,我们将上述双焦点偏振可控的几何超表面透镜应用至太赫兹偏振依赖的成像检测:如图4所示,被测的偏振依赖的样品,在前一个焦点处所成的像为“E,而后一个焦点处所成的像为“彐”,实现了偏振依赖的成像检测功能。

3. 入射x-轴偏振的太赫兹波情况下双聚焦超表面透镜的聚焦场分布

4. 太赫兹偏振依赖的成像检测


  相关工作以“Multi-foci metalens with polarization-rotated focal points”为题发表于Laser Photonics Review (链接:https://doi.org/10.1002/lpor.201900182) 期刊上。