偏振自由度是各向同性均匀介质中平面波传播的固有特性。光学系统的小型化虽然实现了电磁波的高局域化，但也导致了偏振控制的丧失，即打破了TE-TM偏振简并。有研究发现，在介电超表面中传播的高局域化引导波具有近场偏振自由度。为利用局域光偏振自由度的平面偏振器件提供了新的平台。
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各向异性介质中的偏振 -
工作原理 -
参考资料
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*各向异性介质中的偏振
各向同性体介质中的模式是偏振双重简并态。这意味着在这种介质中，正交偏振的横电（TE）和横磁（TM）模式的色散特性完全相同，即它们的群速度和波数在任何频率和方向上完全一致，从而形成模式偏振的TE-TM简并。因此，简并模式的波数满足条件
一般来说，通过控制TE和TM模式的复振幅叠加，可以实现各向同性介质中传播波的任意（线性、圆或椭圆）偏振。
以四分之一波片和半波片为例，分别引入
φ=π/2 和 φ=π 的相位延迟。
对于线性对角偏振的入射波，四分之一波长贴片的输出是圆极化波，而半波长贴片的输出则是旋转90°的线性对角偏振波。
为了实现可调谐的光学器件，需要在系统输出端操纵电磁波的偏振状态，即在简并和非简并偏振态之间切换。对于介质中的平面波，这种切换机制可以通过外部作用改变其性质（从各向同性到各向异性）来实现。
光学系统中常用的各向异性介质包括单轴和双轴晶体、波导、多层结构、超材料和超表面。
*工作原理
介电超表面的电磁响应基于其构成粒子的谐振行为，这些行为可通过选择和调控每个谐振器的相应模式来实现。其原理类似于磁圆偶极子的单向激发和惠更斯超表面，但也可利用更高阶的模式。
具体而言，设计超表面工作原理基于盘形谐振器中两种相互正交的Mie型磁偶极子模式的光谱重叠。
这些模式分别是盘的HE（水平磁偶极子）和TE（垂直磁偶极子）模式。
HE模式的谐振频率取决于谐振器的高度h，而TE模式的谐振频率则取决于盘的直径d。
盘的这些模式可以通过y和z方向的磁偶极子有效激发，从而分别在整个系统中沿x轴传播的TM和TE引导模式。
需要注意的是，这种由垂直于超表面平面的磁偶极子近场光谱重叠引起的TE-TM简并具有独特性，此前尚未被研究过。
通过改变盘的直径与高度比，可以使谐振器的模式频率接近，从而实现广义的Kerker条件，并由此实现偏振简并。然而，单个谐振器的Kerker条件不足以实现介电超表面中TE和TM引导模式的重叠。原因是强烈的空间色散，即构成阵列的谐振器之间的相互作用，这种相互作用依赖于参数a。
因此，为了在给定的超表面中实现引导波的宽带TE-TM简并，必须解决相应的近场参数问题。
[1] R. Li, S. Polevoy, V. R. Tuz, and O. Yermakov, “Merging high localization and TE-TM polarization degeneracy of guided waves in dielectric metasurfaces,” Phys. Rev. Appl., vol. 23, no. 1, p. 014084, Jan. 2025, doi: 10.1103/PhysRevApplied.23.014084.
