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新型超表面为圆偏振光提供紧凑的解决方案 左旋和右旋圆偏振光是指电磁波在传播过程中以顺时针和逆时针方式旋转的光，它在广泛的应用中发挥着至关重要的作用，从增强医学成像技术到实现先进的通信技术，不一而足。然而，产生圆偏振光通常需要复杂而笨重的光学装置，这阻碍了它在空间有限的系统中的应用。 为了应对这一挑战，新加坡科技与设计大学副教授吴林领导的新加坡研究团队提出了一种新型超表面--一种具有自然界不存在的特性的超薄材料--或许能够取代传统的复杂而笨重的光学装置。 他们在《物理评论快报》的论文 “通过具有旋转对称性的非线性手性超表面实现全圆偏振上转换 ”中发表了自己的研究成果。  在任意极化激励下从具有旋转对称性的手性超表面产生圆极化非线性信号。 研究小组提出的超表面具有手性，这使得它不同于传统装置中使用的材料。物体的手性意味着它不能叠加到其镜像上。就像我们的左手和右手一样，手性物体以互为镜像的两种不同形式存在。手性光学纳米结构（如超表面）的主要特征是它们对光的左右圆偏振的响应明显不同。 吴副教授的研究小组证明，在非线性超表面中，手性和旋转对称性这两种奇特几何特性的结合能够产生一种有趣的机制，从任意光学激发中产生圆偏振光。 超表面的非线性在光的这种转换中至关重要。线性超表面会过滤入射光，只允许特定偏振光通过。另一方面，非线性超表面不仅能选择和放大特定的圆偏振，还能将其转换成频率完全不同的圆偏振光。 例如，非线性材料可以将可见光转化为频率范围不同的紫外线辐射。这种频率上转换能力与超表面固有的手性相结合，使超表面能够在特定频率范围内有效地产生圆偏振光。 吴副教授说：“所有这一切都发生在仅一微米的超薄层中。这与通常用于产生圆偏振光的笨重光学装置大相径庭。在我们的设计中，我们在超表面层内周期性排列的元素之间加入了扭曲，创造出巧妙模仿螺丝螺纹的几何形状。” 她补充说：“通过数学阐释，该团队证明了层的堆叠导致了超表面的手性响应。仅仅两个堆叠层就能产生最大手性响应。这为各种令人兴奋的应用打开了大门，为未来光学设备的微型化带来了巨大潜力。它还可以应用于手性传感、新型材料和生物分子的圆二色性光谱学，这对医学和量子物理学等多个领域都有深远影响。我们设想，这种超表面可以用作在难以到达的波长范围内发射圆偏振辐射的紧凑型辐射源。” 超表面设计的独创性也清楚地证明了上海理工大学致力于在研究中实现技术与设计的交叉。在设计超表面时，团队首先要明确光上转换成圆偏振光的机制。 然后将这一技术融入到超表面的设计中，团队有效地将他们的理论认识转化为一个功能强大、结构紧凑的装置。这种设计与技术的完美结合是 SUTD 跨学科研究方法的一大特色。 目前，吴副教授的团队正与 SUTD 的同事杨祖龙教授及其团队合作，通过实验来验证他们的研究成果。她说：“我们的主要目标是观察全圆上转换的效果。我们的目标是用非偏振光'激发'该结构，并获得以高度圆偏振为特征的非线性信号。我们乐观地认为，这项工作将为 SUTD 科学家的研究组合再添一项重要成果。” 分享到：
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