基于Metasurface的柱矢量光束的产生

易煦农; 李瑛; 刘亚超; 凌晓辉; 张志友; 罗海陆

doi:10.7498/aps.63.094203

摘要

本文提出了一种基于Metasurface产生任意柱矢量光束的方法. 采用的Metasurface是在熔融石英上刻蚀空间变化的非周期光栅构成. 非周期光栅会形成空变的有效双折射，从而对光场的偏振态空间分布进行调制. 通过琼斯矩阵的方法分析得出这样的Metasurface可以将入射线偏振光转换为柱矢量光束，并且只需要改变入射线偏振光的偏振方向即可获得高阶庞加莱球赤道上任意一点的柱矢量光束. 最后，用Metasurface搭建了一套简单、高效的柱矢量光束产生系统，实验结果与理论分析一致.

关键词:

Abstract

A method of generating cylindrical vector beams based on metasurface is presented in this paper. The metasurface is a fused silica with a space-variant non-periodic grating which is written by laser. The non-periodic grating induces a space-variant effective birefringence that modulates the space distribution of polarization state. It is shown that an incident linearly polarized light can be converted to a cylindrical vector beam by the method of Jones matrix. We can obtain an arbitrary cylindrical vector beam on the equator of the higher-order Poincaré sphere. A simple and efficient experimental system is established with a metasurface. Experimental results are in agreement with the theoretical analysis.

Keywords:

作者及机构信息

1.
深圳大学光电工程学院, 深圳 518060;

2.
湖南大学微纳光电器件及应用教育部重点实验室, 长沙 410082;

3.
湖北工程学院物理与电子信息工程学院, 孝感 432000

基金项目: 教育部博士点基金（批准号：20100542917）和湖北省教育厅科学研究项目（批准号：Q20132703）资助的课题.

Authors and contacts

1.
College of Optoelectronic Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China;

2.
Laboratory for Micro/Nano Optoelectronic Devices of Ministry of Education, Hunan University, Changsha 410082, China;

3.
College of Physics and Electronic Information Engineering, Hubei engineering University, Xiaogan 432000, China

Funds: Project supported by Ph. D. Programs Foundation of Ministry of Education of China(Grant No. 20100542917), and the Foundation of Hubei Educational Department, China (Grant No. Q20132703).

参考文献

[1]	Zhan Q W 2009 Adv. Opt. Photon. 1 1
[2]	Jia X T, Wang Y Q 2011 Opt. Lett. 36 295
[3]	Deng D M, Guo Q 2007 Opt. Lett. 32 2711
[4]	Youngworth K S, Brown T G 2000 Opt. Express. 47 1963
[5]	Kozawa Y, Sato S 2007 J. Opt. Soc. Am. A 32 1839
[6]	Zhang Z M, Pu J X, Wang X Q 2008 Appl. Opt. 47 1963
[7]	Huang K, Shi P, Cao G W, Li K, Zhang X B, Li Y P 2011 Opt. Lett. 36 888
[8]	Hao X, Kuang C F, Wang T T, Liu X 2010 Opt. Lett. 35 3928
[9]	Yan S H, Yao B L 2007 Phys. Rev. A 76 053836
[10]	Zhao W Q, Tang F, Qiu L R, Liu D L 2013 Acta Phys. Sin. 62 054201 (in Chinese)[赵维谦, 唐芳, 邱丽荣, 刘大礼 2013 物理学报 62 054201]
[11]	Chang Q, Yang Y F, He Y, Liu H G, Liu J 2013 Acta Phys. Sin. 62 104202 (in Chinese)[常强, 杨艳芳, 何英, 刘海港, 刘键 2013 物理学报 62 104202]
[12]	Pu J X, Wang T, Lin H C, Li C L 2010 Chin. Phys. B 19 089201
[13]	Maurer C, Jesacher A, Furhapter S, Bernet S, Ritsch-Marte M 2007 New. J. Phys. 9 78
[14]	Wang X L, Ding J, Ni W J, Guo C S, Wang H T 2007 Opt. Lett. 32 3549
[15]	Wang X L, Li Y N, Chen J, Guo C S, Ding J P, Wang H T 2010 Opt. Express. 18 10786
[16]	Xu K, Yang Y F, He Y, Han X H, Li C F 2010 J. Opt. Soc. Am. A 27 572
[17]	Li Y Y, Chen Z Y, Liu H, Pu J X 2010 Acta Phys. Sin. 59 1740 (in Chinese)[李阳月, 陈子阳, 刘辉, 蒲继雄 2010 物理学报 59 1740]
[18]	Bomzon Z, Kleiner V, Hasman E 2001 Appl. Phys. Lett. 79 1587
[19]	Bomzon Z, Biener G, Kleiner V, Hasman E 2002 Opt. Lett. 27 285
[20]	Kildishev A V, Boltasseva A, Shalaev V M, Science 339 1289
[21]	Beresna M, Gecevičius M, Kazansky P G, Gertus 2011 Appl. Phys. Lett. 98 201101
[22]	Kang M, Chen J, Wang X L, Wang H T 2012 J. Opt. Soc. Am. B 29 572
[23]	Tang M, Zhou X X, Luo H L, Wen S C 2012 Chin. Phys. B 21 124201
[24]	Ling X H, Zhou X X, Luo H L, Wen S C 2012 Phys. Rev. A 86 053824
[25]	Luo H L, Zhou X X, Shu W X, Wen S C, Fan D Y 2012 Phys. Rev. A 86 053824 )
[26]	Zhou X X, Ling X H, Luo H L, Wen S C 2012 Appl. Phys. Lett. 101 251602
[27]	Cardano F, Karimi E, Slussarenko S, Marrucci L, Lisio C, Santamato E 2012 Appl. Opt. 51 C1
[28]	Milione G, Sztul H I, Nolan D A, Alfano R R 2011 Phys. Rev. Lett. 107 053601

施引文献

[1]	Zhan Q W 2009 Adv. Opt. Photon. 1 1
[2]	Jia X T, Wang Y Q 2011 Opt. Lett. 36 295
[3]	Deng D M, Guo Q 2007 Opt. Lett. 32 2711
[4]	Youngworth K S, Brown T G 2000 Opt. Express. 47 1963
[5]	Kozawa Y, Sato S 2007 J. Opt. Soc. Am. A 32 1839
[6]	Zhang Z M, Pu J X, Wang X Q 2008 Appl. Opt. 47 1963
[7]	Huang K, Shi P, Cao G W, Li K, Zhang X B, Li Y P 2011 Opt. Lett. 36 888
[8]	Hao X, Kuang C F, Wang T T, Liu X 2010 Opt. Lett. 35 3928
[9]	Yan S H, Yao B L 2007 Phys. Rev. A 76 053836
[10]	Zhao W Q, Tang F, Qiu L R, Liu D L 2013 Acta Phys. Sin. 62 054201 (in Chinese)[赵维谦, 唐芳, 邱丽荣, 刘大礼 2013 物理学报 62 054201]
[11]	Chang Q, Yang Y F, He Y, Liu H G, Liu J 2013 Acta Phys. Sin. 62 104202 (in Chinese)[常强, 杨艳芳, 何英, 刘海港, 刘键 2013 物理学报 62 104202]
[12]	Pu J X, Wang T, Lin H C, Li C L 2010 Chin. Phys. B 19 089201
[13]	Maurer C, Jesacher A, Furhapter S, Bernet S, Ritsch-Marte M 2007 New. J. Phys. 9 78
[14]	Wang X L, Ding J, Ni W J, Guo C S, Wang H T 2007 Opt. Lett. 32 3549
[15]	Wang X L, Li Y N, Chen J, Guo C S, Ding J P, Wang H T 2010 Opt. Express. 18 10786
[16]	Xu K, Yang Y F, He Y, Han X H, Li C F 2010 J. Opt. Soc. Am. A 27 572
[17]	Li Y Y, Chen Z Y, Liu H, Pu J X 2010 Acta Phys. Sin. 59 1740 (in Chinese)[李阳月, 陈子阳, 刘辉, 蒲继雄 2010 物理学报 59 1740]
[18]	Bomzon Z, Kleiner V, Hasman E 2001 Appl. Phys. Lett. 79 1587
[19]	Bomzon Z, Biener G, Kleiner V, Hasman E 2002 Opt. Lett. 27 285
[20]	Kildishev A V, Boltasseva A, Shalaev V M, Science 339 1289
[21]	Beresna M, Gecevičius M, Kazansky P G, Gertus 2011 Appl. Phys. Lett. 98 201101
[22]	Kang M, Chen J, Wang X L, Wang H T 2012 J. Opt. Soc. Am. B 29 572
[23]	Tang M, Zhou X X, Luo H L, Wen S C 2012 Chin. Phys. B 21 124201
[24]	Ling X H, Zhou X X, Luo H L, Wen S C 2012 Phys. Rev. A 86 053824
[25]	Luo H L, Zhou X X, Shu W X, Wen S C, Fan D Y 2012 Phys. Rev. A 86 053824 )
[26]	Zhou X X, Ling X H, Luo H L, Wen S C 2012 Appl. Phys. Lett. 101 251602
[27]	Cardano F, Karimi E, Slussarenko S, Marrucci L, Lisio C, Santamato E 2012 Appl. Opt. 51 C1
[28]	Milione G, Sztul H I, Nolan D A, Alfano R R 2011 Phys. Rev. Lett. 107 053601

[1]	周王哲, 李雪鹏, 杨晶, 杨天利, 王小军, 刘炳杰, 王浩竹, 杨俊波, 彭钦军. 大模场一维高阶厄米-高斯激光束产生. 物理学报, 2023, 72(1): 014204. doi: 10.7498/aps.72.20221422
[2]	周王哲, 李雪鹏, 杨晶, 杨天利, 王小军, 刘炳杰, 王浩竹, 杨俊波, 彭钦军. 大模场一维高阶厄米-高斯激光束产生. 物理学报, 2022, 0(0): 0-0. doi: 10.7498/aps.71.20221422
[3]	姚海, 何姿, 丁大志, 陈如山, 党训旺, 陈勇. 粗糙面上粒子层矢量辐射传输方程的高阶迭代解法. 物理学报, 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211183
[4]	何婷, 田博宇, 邱蝶, 张彬. 基于直角锥面变形镜的薄管激光光束质量提升新方法. 物理学报, 2021, 70(17): 179501. doi: 10.7498/aps.70.20210603
[5]	张晓晖, 张爽, 孙春生. 粗糙海面对高斯分布激光光束的反射模型推导. 物理学报, 2016, 65(14): 144204. doi: 10.7498/aps.65.144204
[6]	仲义, 许吉, 陆云清, 王敏娟, 王瑾. 基于一维金属光子晶体平凹镜的柱矢量光束亚波长聚焦. 物理学报, 2014, 63(23): 237801. doi: 10.7498/aps.63.237801
[7]	罗朝明, 陈世祯, 凌晓辉, 张进, 罗海陆. 高阶邦加球上柱矢量光束的变换. 物理学报, 2014, 63(15): 154203. doi: 10.7498/aps.63.154203
[8]	李晓庆, 季小玲, 朱建华. 大气湍流中光束的高阶强度矩. 物理学报, 2013, 62(4): 044217. doi: 10.7498/aps.62.044217
[9]	齐晓庆, 高春清, 辛璟焘, 张戈. 基于激光光束轨道角动量的8位数据信号产生与检测的实验研究. 物理学报, 2012, 61(17): 174204. doi: 10.7498/aps.61.174204
[10]	李建龙, 冯国英, 周寿桓, 李玮. 单口径相干合成系统激光光束的M2因子研究. 物理学报, 2012, 61(9): 094206. doi: 10.7498/aps.61.094206
[11]	张国文, 卢兴强, 曹华保, 尹宪华, 吕凤年, 张臻, 李菁辉, 王仁贵, 马伟新, 朱俭. 高功率激光光束经颗粒污染后的近场衍射效应. 物理学报, 2012, 61(2): 024201. doi: 10.7498/aps.61.024201
[12]	王铮, 高春清, 辛璟焘. 高阶矢量光束高数值孔径聚焦特性的研究. 物理学报, 2012, 61(12): 124209. doi: 10.7498/aps.61.124209
[13]	林志锋, 张云山, 高春清, 高明伟. LD抽运Cr,Tm,Ho∶YAG微片激光器单纵模运转特性的研究. 物理学报, 2009, 58(3): 1689-1693. doi: 10.7498/aps.58.1689
[14]	张新陆, 王月珠, 史洪峰. 激光二极管端面抽运室温Tm,Ho:YLF连续固体激光器. 物理学报, 2006, 55(4): 1787-1792. doi: 10.7498/aps.55.1787
[15]	周国泉. 非傍轴矢量高斯光束的传输. 物理学报, 2005, 54(4): 1572-1577. doi: 10.7498/aps.54.1572
[16]	高曾辉, 吕百达. 矢量非傍轴离轴高斯光束的传输. 物理学报, 2005, 54(11): 5144-5148. doi: 10.7498/aps.54.5144
[17]	王石语, 过　振, 傅君眉, 蔡德芳, 文建国, 唐映德. 抽运光分布对二极管抽运激光器振荡光光束质量的影响. 物理学报, 2004, 53(9): 2995-3003. doi: 10.7498/aps.53.2995
[18]	季小玲, 陶向阳, 吕百达. 光束控制系统热效应与球差对激光光束质量的影响. 物理学报, 2004, 53(3): 952-960. doi: 10.7498/aps.53.952
[19]	梁子长, 金亚秋. 非均匀散射层矢量辐射传输(VRT)方程高阶散射解的迭代法. 物理学报, 2003, 52(2): 247-255. doi: 10.7498/aps.52.247
[20]	何绍堂, 何安, 淳于书泰, 张启仁, 顾元元, 倪元龙, 余松玉, 周正良. 类氖锗X射线激光光学特性研究. 物理学报, 1992, 41(4): 573-577. doi: 10.7498/aps.41.573

计量

文章访问数: 9349
PDF下载量: 1713
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板