用于宽带圆偏振到线偏振转换及矢量涡旋光束生成的间隙表面等离子体超表面

摘要： 控制和操纵光的偏振态能力在从量子技术到生物医学等诸多现代光学应用中至关重要。本研究设计、制备并实验验证了一种基于间隙表面等离激元超表面的超薄四分之一波片（QWP），该器件能在近红外波段（750-950纳米）200纳米宽频带内实现圆偏振与线偏振的高效宽带转换，平均反射率约85%。基于该QWP设计，进一步推导出通过空间变异性QWP单元生成矢量涡旋光束（VVBs）的通用方法——这种光束具有空间变化的偏振矢量分布并能携带特定轨道角动量。实验证明该超表面在750-950纳米波长范围内能高效产生VVBs，对右旋和左旋圆偏振入射光分别实现约72%和约68%的平均转换效率。该方法可制备紧凑、低成本且高性能的偏振转换器，为任意调控光场的超小型光学器件终极微型化铺平了道路。