南開大學(xué)陳樹琪副教授和田建國(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
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旋光是指線偏振光經(jīng)過旋光介質(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)域可通過測(cè)量旋光度的變化來探測(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手性人工微結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)旋光效應(yīng)。
近日，南開大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院陳樹琪副教授和田建國(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)。
圖 非手性超表面實(shí)現(xiàn)可控旋光過程示意圖
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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