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近期，中國科學院西安光學精密機械研究所瞬態光學與光子技術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光束聚焦的對稱性，超越了傳統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。

傳統幾何光學透鏡僅是通過玻璃厚度的變化來調節入射光相位實現聚焦，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構，其體積極小，重量輕，易于集成，可實現對入射光振幅、相位、偏振等參量的靈活調控，在超分辨顯微成像、全息光學、消色差透鏡等方面有重要應用。該研究利用構成超透鏡的納米天線動力學相位與Pancharatnam-Berry幾何相位結合的方法，通過巧妙設計超透鏡上納米天線幾何結構與空間取向，在單層超透鏡上同時實現了左、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光束的聚焦，提升了超透鏡的光束操控及聚焦能力，具有結構緊湊、靈活性強等優點，能夠滿足光學系統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略性先導科技專項（B類)“大規模光子集成芯片”和國家自然科學基金項目的大力資助。相關成果發表在《先進光學材料》（Advanced Optical Materials）上。