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深度解讀

南開(kāi)大學(xué):非手性超表面實(shí)現(xiàn)可控旋光

星之球科技 來(lái)源:中國(guó)激光2016-12-08 我要評(píng)論(0 )   

南開(kāi)大學(xué)陳樹(shù)琪副教授和田建國(guó)教授設(shè)計(jì)了一種基于非手性十字鏤空超表面結(jié)構(gòu)的線偏光旋光器件,該器件具有對(duì)旋光的連續(xù)可調(diào)控性及寬帶特性。

南開(kāi)大學(xué)陳樹(shù)琪副教授和田建國(guó)教授設(shè)計(jì)了一種基于非手性十字鏤空超表面結(jié)構(gòu)的線偏光旋光器件,該器件具有對(duì)旋光的連續(xù)可調(diào)控性及寬帶特性。

2016中國(guó)光學(xué)重要成果推薦
 
旋光是指線偏振光經(jīng)過(guò)旋光介質(zhì)后,偏振方向以光傳播方向?yàn)檩S發(fā)生一定角度偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。實(shí)現(xiàn)對(duì)旋光度大小直接、靈活的控制具有很高的應(yīng)用價(jià)值,例如,在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域可通過(guò)測(cè)量旋光度的變化來(lái)探測(cè)腫瘤細(xì)胞濃度。
 
然而傳統(tǒng)方法中,旋光現(xiàn)象大多依靠材料或結(jié)構(gòu)對(duì)于左、右旋圓偏光具有不同的折射率來(lái)實(shí)現(xiàn),材料和結(jié)構(gòu)的固有特性決定了對(duì)旋光度很難作定量調(diào)節(jié)。
 
人工微結(jié)構(gòu)超表面對(duì)光偏振態(tài)和相位的操控具有非常高的自由度。與傳統(tǒng)光學(xué)器件相比,這種超表面結(jié)構(gòu)具有更加豐富的光學(xué)性質(zhì),在超分辨成像、平面透鏡、全息等領(lǐng)域有著非常好的發(fā)展前景。人工微結(jié)構(gòu)的提出,也為實(shí)現(xiàn)可控旋光提供了新的可能性。但是,先前的工作都是通過(guò)手性人工微結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)旋光效應(yīng)。
 
近日,南開(kāi)大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院陳樹(shù)琪副教授和田建國(guó)教授提出一種新的理論機(jī)制,實(shí)現(xiàn)了基于非手性十字鏤空超表面結(jié)構(gòu)的線偏光旋光器件,并通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)證明了這種旋光現(xiàn)象的連續(xù)可調(diào)控性以及寬帶特性。相關(guān)研究成果發(fā)表在Light: Science & Applications [5, e16096 (2016)]上。自然出版集團(tuán)在這篇文章公開(kāi)發(fā)表的同時(shí),在其Research Summary專欄上刊出了一篇關(guān)于它的介紹文章,對(duì)該成果給予了高度評(píng)價(jià)。
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圖    非手性超表面實(shí)現(xiàn)可控旋光過(guò)程示意圖
 
該研究成果提供了一種利用非手性超表面直接操控光相位來(lái)產(chǎn)生可控旋光現(xiàn)象的方法。如圖所示,入射光波在經(jīng)過(guò)兩個(gè)相鄰的超表面十字鏤空單元后,將在近場(chǎng)產(chǎn)生旋性相反的兩種圓偏振透射光;通過(guò)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)單元的尺寸可以有效控制兩種偏振光的相位差;利用近場(chǎng)干涉作用,便可以在遠(yuǎn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)出射光波的任意大小的可控旋光。
 
相比于傳統(tǒng)的旋光方式,這種非手性超表面的旋光效應(yīng)是基于一種全新的機(jī)制,并可以在寬波段上實(shí)現(xiàn)大小可控的旋光,對(duì)旋光效應(yīng)在微納光學(xué)與光子學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)應(yīng)用具有重要意義。
 
 

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南開(kāi)大學(xué)光學(xué)器件超表面
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