1. 导读
偏振态作为光的基本和固有属性之一，独立于振幅、相位和频率等物理量，可以提供丰富的光和物质相互作用的信息，被广泛应用于量子信息处理和生物医学传感等众多科研领域。因此，设计出能够灵活调控偏振态的光学波片十分重要。传统的光学波片一般由双折射材料构成，通过控制两个正交偏振电场传播一定距离产生的相位延迟来调控偏振态，因此体积大且笨重，同时功能也比较单一，和光学器件小型化、集成化的发展趋势不相吻合。近年来，由亚波长尺度的结构单元构成的二维超表面可以实现对电磁波的振幅、相位及偏振态的灵活调控，充分发挥其结构超薄紧凑、集成兼容性强和功能多的优势，已成为新一代的集成光场调控平台。
针对这一研究领域，南丹麦大学丁飞助理教授、Sergey I. Bozhevolnyi教授、博士生邓亚栋和北京理工大学丁英涛副教授、博士生蔡子孺，应邀在期刊《Nanophotonics》上发表综述文章《Recent Progress in Metasurface-Enabled Optical Waveplates》，对近年来基于超表面的光学波片研究及其应用进行了梳理与展望。
2. 综述速览
论文首先介绍了基于超表面的普通光学波片的设计原理，列举了一些经典的案例，例如早期偏振转换效率较低的单层超表面波片，基于金属-介质-金属三明治结构的反射式高效超表面波片，以及全介质透射式超表面波片。在此基础上，论文讨论了如何在保证偏振转换功能的前提下，通过引入依赖于结构尺寸的谐振相位以及依赖于结构旋转角度的几何相位来实现多功能半波片、四分之一波片以及产生任意偏振的全波片(见图1)。之后，论文回顾了基于动态超表面的可调波片的研究和进展。
图1 超表面波片用于多偏振产生和调控。
最后，该论文对基于超表面的光学波片的研究进行了总结和展望。与传统波片相比，超表面波片具有超薄紧凑的结构，完全适应现代光学器件小型化和集成化的发展趋势，而且还可以集成众多新颖的功能，有望从实验室走向人们的日常生活。此外，论文提出了未来极具发展潜力的三个方向：(1)突破二维空间偏振控制的限制，实现三维空间分布的具有任意幅度、相位和偏振的结构光；(2)发展时空超表面波片，在单个超短脉冲时间内实现偏振态的调控；(3)将光学超表面波片与集成光波导相结合，极大地增强光子器件的功能，满足信息处理中对带宽和速度不断增长的需求。
本文作者分别是邓亚栋、蔡子孺、丁英涛、Sergey I. Bozhevolnyi、丁飞，其中南丹麦大学博生生邓亚栋和北京理工大学博士生蔡子孺为本文共同第一作者，南丹麦大学丁飞助理教授和Sergey I. Bozhevolnyi教授为本文共同通讯作者。该论文受到丹麦Villum研究基金、丹麦独立研究基金、中国国家自然科学基金、111项目基金和中国国家留学基金等项目的支持。
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