完全独立控制光学振幅和相位的介电超表面

光波的四个关键属性是振幅，相位，偏振和光阻抗。利用亚波长空间分辨率在特定频率下调节这些特性的材料称为“超表面”。超表面是光学上薄的超材料，可以完全控制光的波前，但主要用于控制光的相位。近日哥伦比亚大学的科学家使用具有不同程度的形式双折射和旋转角度的亚原子来创建高效的介电超表面，该介电表面可同时控制一个或两个频率下的光振幅和相位，这种方法在概念上和实践上都很简单。这为计算机全息技术的应用开辟了新的途径，使目标全息场景的相位和振幅都能真实再现，而无需相位全息所需的迭代算法。科学家还展示了全介质超表面全息图，在两个光学频率下同时独立和完全控制振幅和相位，以产生二维和三维全息物体。结果证明，相位-振幅超表面具有一些在相位全息中无法实现的特征，这些特征包括创建无伪影的二维全息图像，分别在目标平面上编码相位和振幅分布，分别在超表面和目标平面上编码强度分布，控制三维全息物体的表面纹理。相关内容以《Dielectric metasurfaces for complete and independent control of the optical amplitude and phase》为题发表在《Light: Science & Applications》杂志上。

图1： 两个自由度可实现对光学幅度和相位的独立和完整控制。a. 全息实验的原理图：圆偏振光部分被超表面转化为其相反的旋向，然后被分析偏振光滤光片过滤，最后在相机上形成图像。b. 超原子的几何参数扫描输出信号的幅度（黑白梯度轴）和相位（彩色轴）。c. b中的超原子可以将入射的左旋圆偏振光（南极）带到庞加来球体上的任何其他点上，其近似单位1的效率表明由超表面可以控制的两个独立自由度。d. 超原子的几何参数。e. 在 H  = 800 nm， W x  = 200 nm， P  = 650 nm和 λ  = 1.55μm参数下变化Wy和 α的全波模拟。彩色地图描绘了由饱和度转换的光的振幅A和由色调转换的光的相位。f . “查表”反相(e)的插值版本实现所需的A和?需要指定的Wy(饱和度)和α的值(色调)。