摘要：为克服太赫兹涡旋波束存在带宽窄、效率低下等缺点,提出了一种基于几何相位的单层透射型超薄超表面,通过对超表面单元结构的设计和排布实现了宽带范围内太赫兹涡旋波的产生。该超表面单元由表层双C型金属环和底层介质层组成。利用几何相位原理,通过旋转金属结构,可以控制交叉极化透射光在宽频带内保持相同透射系数的前提下对其透射相位进行调控。通过对单元结构进行旋转编码,可以形成宽频带内用以产生不同拓扑荷数涡旋波束的编码超表面。仿真结果表明,在1.38~1.92 THz宽频带内,产生了拓扑荷数为l=±1两种模态的涡旋波束,且最大交叉极化透射效率为23%,接近单层结构的理论极限值。

摘要：为了实现电介质超表面的聚焦功能和对光场相位的调控,采用几何相位调制原理设计微元结构及空间分布,以SiO_(2)为基底、亚波长TiO_(2)椭圆柱的六边形晶胞为基本结构,设计了一种相位突变呈抛物线梯度分布的聚焦超表面,适用于480nm~580nm波段。基于此结构进行了理论分析和实验验证,发现该结构对线偏振光聚焦,其归一化后的半峰全宽约为428nm,而对矢量光聚焦约为258nm,获得了更出色的聚焦效果。研究了3阶和4阶Ince-Gaussian矢量光场通过该超表面后的聚焦特性,得到了聚焦场能保持入射矢量光场的基本空间结构,但中心结构信息会有损失的结果,即Ince-Gaussian矢量涡旋光场由于涡旋相位的存在,聚焦后会呈现破缺的空间结构。结果表明,超表面结构和入射光场矢量结构之间的匹配程度是影响聚焦特性的重要因素。该研究为理解复杂矢量光场的超表面聚焦机理提供了参考。

摘要：表面等离激元是一种外界光场与金属表面自由电子相互作用的电磁模式,具有很强的近场电磁场特性.由于在近场区域可以超越衍射极限,因此对于设计光学近场聚焦器件具有重要意义.不同于广泛研究的圆环形、椭圆环形以及螺旋环形表面等离激元透镜,本文研究由多个矩形狭缝构成的圆环表面等离激元透镜及其近场模式.单个矩形狭缝产生的表面等离激元在向圆心传播的过程中会发生相干干涉,在特定位置处出现表面等离激元干涉环,其大小及空间位置与透镜狭缝单元的数量和透镜的尺寸大小有关.调节透镜的尺寸和数量导致干涉环消失时,透镜的聚焦效果最好.调节每个狭缝单元的空间转角可以产生表面等离激元的几何相位,最终实现表面等离激元透镜的中心聚焦,且干涉环消失时,聚焦效果最好.

摘要：从超构表面调控电磁波研究的发展历史出发,详细介绍了基于复合相位超构表面实现高效多功能调控圆偏振电磁波的原理、设计思路和实验模拟表征,对近期国内外在这一领域的研究进展进行简要的论述,着力以此引导相关研究性实验教学,并为相关领域研究人员提供指引。

摘要：超透镜凭借其独特的优势逐渐取代或补充了传统的折光和衍射透镜,从而领先小型化高性能光学设备和系统。这种小型化有望带来紧凑的纳米级光学设备,应用于相机、照明、显示器和可穿戴光学。但在传统的超透镜设计中,几何相位通常需要左右旋圆偏振光的手性限制。为了使其不再局限于左旋圆偏振光(LCP)和右旋圆偏振光(RCP)入射,设计了基于几何相位的全介质超透镜,实现了线偏振光的近场聚焦,其与超表面滤光片主要输出波长(可见光波段)一致。采用有效时域差分法研究并验证了超透镜各变量对光场聚焦特性的影响,超透镜等其他超表面光学元器件前所未有的设计自由度将极大地扩大微光学和集成光学的应用领域。

摘要：几何相位,又被称为Pancharatnam-Berry相位,因设计简单、相位延迟可覆盖2π范围且与频率无关等优势在光学超表面中被广泛用于波前操控.几何相位超表面的效率和带宽往往受限于其结构单元实现正交偏振变换的能力.当工作频率偏离设计频率时,结构单元往往不能完全改变入射圆偏振光的手性,导致仅被改变手性的部分光波波前被调控,而其余光波未被调控.为此,本工作提出了一种几何相位超表面透镜,得益于其结构单元的高效率、宽频带的正交偏振变换能力,该透镜可实现亚太赫兹波束的宽带聚焦.其结构单元为一维低折射率介质光栅,可在130-165 GHz的范围内实现正交偏振变换.通过旋转、截断和拼接此光栅构成二维平面透镜,数值仿真表明该透镜在60-160 GHz的宽带范围内,均保持在40%以上的聚焦效率.超表面透镜的带宽远大于其结构单元的偏振变换带宽,这是由光栅不同的截断长度导致的.这款透镜可以采用3D打印进行加工,制作方便,成本低廉,对发展紧凑型亚太赫兹波束操控元件具有重要意义.

摘要：提出了一种基于迂回相位和几何相位复合的电磁散射调控超表面设计方法,以实现不同入射角下对电磁波的独立调控。作为设计实例,采用能够实现宽带极化转换的开口谐振环(SRR)作为超表面结构单元,通过移动和旋转SRR同时引入迂回相位和几何相位,构成超表面反射相位设计方案。当电磁波垂直入射到超表面时,几何相位设计使得散射波分裂为两束,实现了分束功能;斜入射时,大部分散射波被引导至-1阶衍射通道,通过迂回相位设计实现了波束偏折功能。仿真和测试结果均验证了其良好的散射波束调控性能。基于几何相位和迂回相位的散射调控超表面设计方法丰富了超表面操纵电磁波的自由度,并可进一步与传输相位、共振相位等复合推广到全空间散射波束调控超表面设计。

摘要：考虑了由SQUID量子电路构成的三脚型四能级人工原子,利用共振激光脉冲获得几何相位门。阐明了量子态几何相位的形成,其变化可由三束激光脉冲波形、相对强度及其相位来控制。同时,基于几何相位,给出了实现单量子比特门、Hadamard门和两量子比特受控非门的方案。

摘要：从电磁相位的产生机理角度,电磁超表面可分为利用微结构共振响应的共振相位超表面和利用微结构各向异性响应的几何相位超表面。同共振相位超表面相比,几何相位超表面因为具有非色散、偏振依赖、易于制备等特点,因而受到广泛关注。综述了利用几何相位超表面来自由调控电磁波的原理和方法,重点讲述电磁波远场和近场的一系列调控现象并介绍这些现象在全息成像、特殊光束激发和探测、平面消色差透镜等方面的具体应用。

摘要：设计出基于几何相位的介质超表面实现线偏振光聚焦功能。该设计打破了传统设计中几何相位(Pancharatnam-Berry phase)的手性限制,不再是局限于左旋圆偏振光(LCP)和右旋圆偏振光(RCP)入射。通过有限时域差分仿真来证明这种线偏振聚焦相位调控的特性。该类功能器件可能用于设计新颖的THz元器件、高分辨成像、功能探测等方面。