[00108936]基于光学超颖表面的光束整形与偏振调控技术

一、成果简介

由于超颖表面具有在极短距离内，以亚波长分辨率对出射光的波前进行任意调控的能力，使得它有望成为传统光学元件的替代品。超颖表面体积小、重量轻、具有丰富设计自由度的特点能够大大简化传统光场调控装置的体积以及复杂度。近些年来，项目组在超颖表面的光束整形与偏振调控领域做出了许多有意义的工作。通过将达曼光栅原理与超颖表面相结合实现了三维涡旋阵列以及贝塞尔光束阵列的产生。利用相变材料、Ω形天线以及介质纳米柱结构实现了对出射光束偏振态的调控，并将其应用于矢量光束的产生之中。同时，基于超颖表面对出射光的复振幅调制实现了近场表面等离激元的操控以及远场衍射级次的选择性激发。

基于光学超颖表面的光束整形与偏振调控技术具有体积小、重量轻的优点，能够解决传统光场调控装置体积较大、复杂度较高的缺点。同时，不同种类超颖原子所提供的丰富设计自由度以及多种波前调控工作机理，为超颖表面对出射光的振幅、相位、偏振、频率以及多物理量的灵活调控提供了保障，丰富了实现光场调控的手段。该技术有望在激光加工、光通信、粒子捕获，超分辨成像、信息存储以及光学防伪和加密等应用之中。

图1：基于超颖表面的光束阵列产生方法

图2：基于超颖表面的偏振调控方法

二、应用领域

该科技成果提出的基于光学超颖表面的光束整形与偏振调控技术有助于解决传统光场调控光学系统体积较大、复杂度较高的缺点，实现在小型化、集成化的光学系统中实现光场调控。

首先，从具体的市场需求展开，本项目组的基于光学超颖表面的光束整形与偏振调控技术提供了丰富的光场调控手段。同时，超颖表面体积小、重量轻的优势使其非常适合在小型化、集成化的光学系统中产生涡旋光束，贝塞尔光束以及柱矢量光束等光束。而此类光束是实现光通信、光镊、超分辨成像等应用时不可或缺的元素。所以，利用超颖表面实现此类光束的产生能够起到减小光学系统体积和复杂程度，推动光学系统集成化的作用。

其次，该科技成果中通过将达曼光栅原理与超颖表面设计原理相结合，能够实现涡旋光束或贝塞尔光束阵列的产生。此类光束阵列在激光加工、光学存储、光通信等领域具有广阔的应用前景。

再次，该科技成果中将相变材料与超颖表面设计方法相结合，实现高质量、宽光谱和宽可控范围内的动态可调偏振态输出。有望在可调高性能传感、无线通讯、电磁完美吸收体、电磁感应透明甚至是空间光调制器等领域实现许多新颖的应用。

图3：基于复振幅调制实现光场调控

三、市场前景

目前传统光场调控领域面临如下痛点：用于实现复杂光场调控的光学系统的光路通常较为复杂，所占空间较大。光学系统的移动和运输都较为麻烦。并且传统光场调控方法难以满足在狭小空间内实现光场调控的需求。

针对以上市场痛点，该科技成果提出的基于光学超颖表面的光束整形与偏振调控技术提供了丰富的光场调控手段，能够实现多种结构光束的产生。将达曼光栅原理与超颖表面设计原理相结合，能够实现涡旋光束或贝塞尔光束阵列的产生在激光加工、光学存储、光通信等领域具有广阔的应用前景。将相变材料与超颖表面设计方法，有助于可调偏振器件的设计。同时，超颖表面体积小、重量轻的优势使其非常适合在小型化、集成化的光学系统中实现光场调控。

上述优势是该科技成果与同类产品相比的核心竞争力，这些优势将有利于产品占领市场，相关产品潜在的市场规模及其未来发展不可小觑。

该科技成果相关产品的盈利主要来自于以下几个方面：

1、销售硬件，为客户提供所需工作波段的超颖表面偏振片或者波片所获得的收益。

2、内容服务，根据客户需求为客户定制超颖表面，使其能够实现所需光场调控功能所获得的收益。

3、立体解决方案，包括有偿为客户设计并搭建光学系统所获得的收益。