近期，中國科學院西安光學精密機械研究所瞬態(tài)光學與光子技術(shù)國家重點實驗室微納光子集成課題組利用單層超透鏡（metalens）實現(xiàn)了左、右旋圓偏振光在三維空間的分離聚焦，打破了以往自旋相關(guān)光束聚焦的對稱性，超越了傳統(tǒng)幾何光學透鏡的光場聚焦能力，對光學成像研究具有重要意義。

傳統(tǒng)幾何光學透鏡僅是通過玻璃厚度的變化來調(diào)節(jié)入射光相位實現(xiàn)聚焦，無法完成矢量光場（如偏振、自旋等）的操控。超透鏡是一種二維平面透鏡結(jié)構(gòu)，其體積極小，重量輕，易于集成，可實現(xiàn)對入射光振幅、相位、偏振等參量的靈活調(diào)控，在超分辨顯微成像、全息光學、消色差透鏡等方面有重要應(yīng)用。該研究利用構(gòu)成超透鏡的納米天線動力學相位與Pancharatnam-Berry幾何相位結(jié)合的方法，通過巧妙設(shè)計超透鏡上納米天線幾何結(jié)構(gòu)與空間取向，在單層超透鏡上同時實現(xiàn)了左、右旋圓偏振光相位的獨立操控，在橫向和徑向完成了不同自旋態(tài)光束的聚焦，提升了超透鏡的光束操控及聚焦能力，具有結(jié)構(gòu)緊湊、靈活性強等優(yōu)點，能夠滿足光學系統(tǒng)及器件小型化功能多樣化的要求。





基于單層超透鏡的左、右旋圓偏振光分離聚焦



該研究得到中科院戰(zhàn)略性先導科技專項（B類)“大規(guī)模光子集成芯片”和國家自然科學基金項目的大力資助。相關(guān)成果發(fā)表在《先進光學材料》（Advanced Optical Materials）上。