可见光将有可能成为下一代通信和信息处理的主要媒介[1,2]。近年来，研究人员试图通过各种手段操纵光波，交叉极化转换在可见光操纵中起着重要作用。近日，西北工业大学应用物理系智能材料团队的赵晓鹏教授和罗春荣教授等人设计的非对称准周期树状超表面模型，实现了线偏振光的偏振转换，具有广泛的实际应用前景和发展潜力。其相关工作发表在近期《Scientific Reports》杂志上。
人工设计的不同结构的超材料具有许多自然界不存在的特性，包括负折射、异常切伦科夫辐射、异常多普勒效应、完美透镜，超分辨率成像、隐形和电磁波偏振旋转等。这些特性吸引了越来越多的研究人员研究超材料在微波、红外和可见光波段的实际应用[3]。作为二维超材料，超表面（metasurface）保持了其三维对应物在控制电磁波行为的特性，同时减少了制造中的困难；理论上，超表面材料的厚度远远小于工作波长，更有利于光学元件的小型化和集成。现在可以通过设计超薄超表面，使传播光进入异常折射通道，赋予相位不连续性从而服从广义斯涅尔定律。
采用不对称结构的超表面可以实现线偏振光的偏振转换。基于此，赵晓鹏教授等人设计了一个由非对称树突状基元组成的准周期树突状超表面模型。模拟结果表明，运用非对称树突状结构可以实现可见光线偏振波在偏振方向上的垂直旋转。研究人员通过自底向上的电化学沉积得到树突状基元团簇表面，实验证明，它们可以实现可见光的交叉极化转换，并且交叉极化的传播光具有异常折射通道。非对称准周期结构的树状基元团簇表面对交叉极化转换的研究意义重大，具有广泛的实际应用前景和发展潜力。
（a）垂直穿过树突状基元团簇表面的线性极化平面波的示意图。
（b）三种类型的树突状基元及其传播的电场分布的示意图。
（c）包含三种类型树突结构的树突基元的示意图。树突状基元团簇表面的传播电场。
（d）树突状基元团簇表面的透射光谱。
（a）部分银树状基元团簇表面的SEM照片。刻度标签是500nm。
（b）四个树突状基元团簇表面样品的透射谱。
（a）s1在550nm，（b）s2在570nm，（c）s3在590nm和（d）s4在620nm（可视化1）的共偏振和交叉偏振透射的实验结果。（e）s4的转换效率与波长的函数关系。
[1]Lee, Y. U. & Kavehrad, M. Long-range indoor hybrid localization system design with visible light communications and wireless network. IEEE Photonics Society Summer Topical Meeting Series, 82-83 (2012) .
[2]Masaki, Y., Shinichiro, H. & Masao, N. High-accuracy positioning system using visible LED lights and image sensor. IEEE Radio and Wireless Symposium, 439–442 (2008).
[3]Gong, B. et al. A visible metamaterial fabricated by self-assembly method. Scientifc Reports 4, 4713 (2014).
作者：方 轲
审核：颜学俊
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