几何相位

摘要： 光的自旋-轨道相互作用是指光的自旋角动量和轨道角动量之间的相互作用,它存在于反射、折射、散射、衍射、聚焦等基本的光学过程中。在传统大尺度量级的经典光学中可以忽略自旋-轨道相互作用的影响,但在亚波长尺度下,自旋和轨道角动量之间会发生强耦合。对光的自旋-轨道相互作用的基本起源和重要应用进行了综述。首先,介绍了光的自旋-轨道相互作用的两个重要基本概念:光子角动量和几何相位理论。其次,分别介绍了自旋-内禀轨道角动量和自旋-外禀轨道角动量两种相互作用的基本原理。然后,重点介绍了光自旋-轨道相互作用的研究进展以及代表性应用。最后,对光自旋-轨道相互作用相关研究面临的挑战和未来的研究方向进行了展望。

摘要： 将相变介质的有源调控属性与基于广义斯涅尔定律的相位型超表面相结合,实现了可重构的近红外全息超构器件。当集成的锗锑碲化合物(GST)相变介质处于非晶态时,各向异性的超构单元可实现宽带范围内(1.55~2.8μm)交叉极化转化率为~80%的几何相位调控,进而实现近场全息相位生成以及远场全息成像,即器件处于"开"态。当GST相变为晶态时,超构单元交叉极化效率被极小化,全息相位以及远场全息图像被关闭,器件处于"关"态。本文提出的相位型开关器件将在空间光调制、波前工程、全息成像等有源光子及光电集成应用中展现出极大潜力。

摘要： 光子自旋霍尔效应是指光束在非均匀介质中传输时,自旋角动量相反的光子在垂直于入射面的方向发生的横向自旋相关分裂。光子自旋霍尔效应可以和电子自旋霍尔效应作类比:自旋光子扮演自旋电子的角色,折射率梯度扮演外场的角色。光子自旋霍尔效应源于光的自旋-轨道相互作用,和两类几何相位有关:一类是动量空间的自旋重定向Rytov-Vlasimirskii-Berry相位;另一类是斯托克斯参数空间的Pancharatnam-Berry相位。光子自旋霍尔效应对物性参数非常敏感,结合量子弱测量技术,在物性参数测量、光学传感等领域具有重要的应用前景。本文将简单分析光子自旋霍尔效应的物理根源,回顾近几年不同物理系统中光子自旋霍尔效应的研究进展,介绍光子自旋霍尔效应在物性参数测量中的应用。最后,展望其在光学模拟运算、显微成像、量子成像等领域的可能发展方向。

摘要： 为了实现电介质超表面的聚焦功能和对光场相位的调控,采用几何相位调制原理设计微元结构及空间分布,以SiO_(2)为基底、亚波长TiO_(2)椭圆柱的六边形晶胞为基本结构,设计了一种相位突变呈抛物线梯度分布的聚焦超表面,适用于480nm~580nm波段。基于此结构进行了理论分析和实验验证,发现该结构对线偏振光聚焦,其归一化后的半峰全宽约为428nm,而对矢量光聚焦约为258nm,获得了更出色的聚焦效果。研究了3阶和4阶Ince-Gaussian矢量光场通过该超表面后的聚焦特性,得到了聚焦场能保持入射矢量光场的基本空间结构,但中心结构信息会有损失的结果,即Ince-Gaussian矢量涡旋光场由于涡旋相位的存在,聚焦后会呈现破缺的空间结构。结果表明,超表面结构和入射光场矢量结构之间的匹配程度是影响聚焦特性的重要因素。该研究为理解复杂矢量光场的超表面聚焦机理提供了参考。

摘要： 基于金属-光敏硅组合圆环提出了一种光可调太赫兹超表面,可用于实现多功能的波前操控。该超表面单元由正反两面的结构层和中间介质层组成,其中结构层是开口方向相反的金属环,开口处由光敏硅进行填充。在光照强度较低时,超表面可以将入射的圆极化波转换为交叉极化的透射波;随着光照强度升高,透射波将逐渐被完全抑制。根据几何相位原理,通过旋转金属-光敏硅组合圆环,透射的交叉极化波会携带额外的相位因子,并可实现完全的2π范围相位覆盖。通过合理排列超表面单元结构,可以对透射波的波前实现任意操控。利用提出的光可调超表面,在较低光照条件下实现了高效的异常折射、透镜以及轨道角动量产生器;在较高光照条件下,抑制了其透射效率,可有条件地选择应用功能,表现出较好的灵活性。提出的光可调超表面在太赫兹成像、通信、雷达等方面具有较大的潜在应用价值。

摘要： 提出了一种以硅基液晶空间光调制器(LCOS SLM,以下简称SLM)为基础的投影拼接式光取向技术。通过结合SLM和二维移动平台可以实现任意尺寸、任意几何相位图案化分布的液晶光学元件的制备。基于此技术,通过连续扫描曝光的方法制备了多种液晶光学元件:一维偏振光栅、二维光栅、微透镜阵列和全息图。实验结果表明:通过该技术可以实现连续相位分布的光学元件的制备和扩大光学元件的口径;尺寸为25.4 mm×25.4 mm的一维偏振光栅的衍射效率达到98.32%,且各区域误差不超过1%;可以仅改变加载到SLM上的曝光图样,实现二维周期性或其他复杂图案的液晶光学元件的制备。基于SLM的投影拼接式光取向技术具有高分辨率、高效率、工艺简单、可实现任意尺寸光学元件制备等特点,可以进一步推动液晶光学元件的发展和实际应用。

摘要： 片上超表面是将超表面引入到集成光波导上以实现对导波的任意调制,它为导波与自由空间光波之间的转换提供了一个方便且通用的平台。尽管之前在片上全息方面已经做出了一些探索,但在扩展编码自由度和多路复用方面仍需突破。本文提出并实验验证了一种基于片上超表面的多路复用全息显示器件。通过迂回相位和几何相位的融合,使片上超表面将导波以圆偏光的形式耦合到自由空间中,以打破此前片上超表面沿传播方向上相位简并的局限性,进一步扩展了编码自由度。同时使用模拟退火相位优化算法和多路复用技术,实现了可独立编码的四通道远场全息显示复用。本文的设计方法以片上超表面的多功能集成,为具有高信息存储容量的集成光通信提供了一种新的途径。

摘要： 多功能器件的设计是推动新一代电磁系统发展的重要力量,而超构表面因其对电磁波的幅度、相位和极化等特性的灵活调控在多功能器件领域备受关注.传统的多功能超构表面是利用各向异性单元对相互正交的线极化波具有不同响应的特性,从而设计出适用于线极化的多功能器件.本文提出了一种缝隙加载的环I形复合超构表面单元,通过单元臂长和旋转角度的调整实现了对圆极化电磁波传输和几何相位的独立控制.利用上述两种相位的共同作用,打破了左旋和右旋圆极化电磁波操控中存在的固有关系,为圆极化双功能器件的设计提供了新的思路.在此基础上,利用复合超构表面分别设计了异面偏折器和定向/涡旋光束产生器,实验结果表明,本文设计的两种反射型圆极化双功能器件在9—13 GHz的宽频带范围内均能良好工作.

摘要： 基于几何相位原理,对近年来使用超表面(等离子体超表面、全介质超表面、金属间隙型超表面、多功能超表面)产生涡旋光束的研究现状进行综述,指出:基于几何相位的超表面设计简单,产生的涡旋光束无色散,在近红外波段,具有等离子体超表面加工简单、频段宽,全介质超表面透过率高等特点;在中红外波段,具有金属间隙型超表面反射率高、无色差等特点;多功能超表面可以用于轨道角动量的复用和解复用,同时产生矢量、标量涡旋光束等功能.随着微纳加工技术的不断成熟,未来超表面将会向着低损耗、宽频段、可调控、多功能等方向发展,并进一步拓展其在集成光学领域的应用.

摘要： 超构表面是一种二维的超构材料,能在平面上实现对光波相位、振幅、偏振等参数的灵活调控.相位型超构表面可突破经典折反射定律,使得光场调控不再依赖于曲面光学元件,为实现光学系统的平面化、集成化和多功能化提供了有效途径.特别地,通过对传输相位和几何相位协同调控,能够有效解决传统超构表面存在的功能单一、带宽受限、可调谐性差等原理性问题.文章介绍了复合相位调控的实现原理和方法,以及复合相位超构表面的典型应用及特点,最后对复合相位超构表面的未来研究方向进行了总结和展望.

摘要： 在量子力学的路径积分表示中，通过在位形空间中的所有轨道的集合之外再附加系统在参数空间绝热演化所经历的轨道，可以在路径积分表示中得到几何相位，如果采用半经典近似，这个几何相位自然出现在态密度的表达式中，从而对Bohr－Sommerfeld量子化条件起到修正作用。利用态密度与Kubo响应函数的关系，讨论了这个几何相位对磁化率的影响。

摘要： 本发明涉及一种基于自监督深度学习的几何约束相位展开方法，属于图像处理技术领域。包括如下步骤：S1：通过三维测量系统采集原始的待测物体的条纹图片并计算得到包裹相位图以及背景光强图像，并通过标定得到系统中投影仪与相机的标定参数；S2：将S1中的包裹相位图和背景光强图通过卷积神经网络转换成展开相位所需的条纹级次的图像；S3：将S2中的条纹级次图像经过相位深度映射与相应的系统标定参数计算得到精确的三维信息。本发明可以解决基于监督学习进行相位展开存在的泛化能力低、强数据依赖的问题。

摘要： 旋转几何相位全息图具有几何相位光学元件(GPOE)，这些GPOE沿着公共光轴串行级联，以形成GPOE级联，该GPOE级联用于接收线性偏振光束并且在最后GPOE的出射面处生成输出光束。发生在输出光束中的干涉在出射面上产生偏振干涉图案。光对齐基板在被定位为紧密接近出射面时记录图案。有利地，各GPOE围绕公共光轴可旋转。GPOE的各旋转角根据被选择为对于偏振干涉图案生成的空间变化线性偏振方位分布来确定。具体地，各旋转角可重新配置为在保持各GPOE的空间变化光轴方位分布的周期性固定的同时提供一系列所允许周期性上的、空间变化线性偏振方位分布所需的周期性。

摘要： 本发明公开了一种基于几何相位超构表面的标准相位检测元件，包括：基板和设置于所述基板上的相位精准度检测模块和空间分辨率检测模块，所述相位精准度检测模块由具有不同旋转角度的若干第一超构表面组成，所述空间分辨率检测模块由具有不同尺寸和不同间距的若干第二超构表面组成。本发明通过集成不同旋转角度的超构表面来产生多阶相位分布，实现相位测量系统的相位测量精准度检测，通过调节超构表面的整体尺寸和超构表面之间的间距，实现相位测量系统的空间解析度检测。

摘要： 本发明公开了一种基于几何相位超表面结构的光谱传感器及光谱重建方法，包括：对入射光进行起偏处理的起偏器；对起偏器出来的光进行二次处理的消色差1/4波片；用于光谱编码的几何相位超表面器件；与几何相位超表面器件相配合的检偏器；与检偏器相配合的面阵探测器。本发明提出了一种基于几何相位超表面结构的光谱传感器及光谱重建方法，可以将光谱编码结构压缩为数个平面光学元件的组合，极大简化了光学系统的结构。

摘要： 本发明公开了一种反射式几何相位液晶空间光调制方法、系统及存储介质，涉及相位调制技术领域。具体步骤包括如下：线偏光通过第一1/4波片变为左/右旋圆偏光；所述左/右旋圆偏光入射到液晶盒中，得到出射光；所述出射光经过第二1/4波片变为第二线偏光；所述第二线偏光经过反射镜反射后再次通过所述液晶盒，偏振态不变，完成相位调制。本发明为了实现近360°的GP调制，在IPS液晶盒后加入了1/4波片和反射镜，反射镜使入射光两次通过IPS Cell，1/4波片使2次相位可以叠加，从而实现近360°的GP调制的目的，为全息显示提供新思路，避免了双IPS盒结构无法精确对准问题。

摘要： 本发明涉及一种完美涡旋光束发生器的设计方法，具体涉及一种一种基于几何相位调控的超表面完美涡旋光束发生器设计方法，包括如下步骤：步骤1、建立完美涡旋光束超表面，包括基底层(2)，所述基底层(2)上设有电介质微结构层(1)，所述电介质微结构层(1)由形状相同，但是旋转角度不同的矩形纳米柱按照晶格周期P排列而成；电介质微结构层(1)的矩形纳米柱在x方向的几何尺度长L、y方向的几何尺度宽W不同，呈现各向异性；对于x偏振和y偏振入射电磁波，其在这两个方向的透射波会有相位差；步骤2、建立完美涡旋光束超表面的相位，由螺旋相位板、轴棱镜和傅里叶透镜的相位线性叠加而成，步骤3、在超表面中同时添加相位和相位。

摘要： 本公开提供一种基于高阶旋转对称单元的非线性几何相位超表面，自下而上依次包括：衬底(1)；非线性材料层(2)；超表面结构层(3)，包括多个具有局域高阶旋转对称性的超构单元(4)，超构单元(4)呈周期性排列形成具有全局高阶旋转对称性的晶格结构；非线性几何相位超表面在圆偏振态基波的泵浦下，能够同时产生与基波相同和相反圆偏振态的非线性谐波，且所产生非线性谐波的非线性几何相位受超构单元局域旋转对称阶数和晶格结构的调控。

摘要： 本发明公开了一种基于全息零级和超表面几何相位的灰度纳米印刷设计方法，灰度纳米印刷术的信息通道为全息零级，灰度图像信息被编码进超表面上纳米砖阵列的转角排布中；超表面由两层基底、一层反射式纳米砖阵列构成；硅基底上方为二氧化硅基底，二氧化硅基底上排布有周期性排列的硅纳米砖阵列单元，各纳米砖单元大小相同，转角各异；本发明所提出的基于全息零级和超表面几何相位的灰度纳米印刷设计方法，与传统的灰度纳米印刷术相比，几何相位设计模式更加灵活，填补了灰度纳米印刷术在相位领域的空白，其优势在于设计算法简单，集成度极高，无需任何光学器件的协助，能够用肉眼直观观察，可广泛的应用于图像显示等领域，具有广阔的应用前景。

摘要： 本发明实施例公开了一种液晶几何相位器件及其制备方法、检测装置。液晶几何相位器件包括相对设置的第一基板、第二基板以及位于第一基板和第二基板之间的双手性共存液晶层，双手性共存液晶层包括第一旋向胆甾相液晶和第二旋向胆甾相液晶共存的液晶层；第一基板朝向第二基板的一侧设置有第一取向层，第二基板朝向第一基板的一侧设置有第二取向层。本发明实施例的技术方案，通过第一旋向胆甾相液晶和第二旋向胆甾相液晶形成均一分布的双手性共存体系，可以突破传统胆甾相液晶的自选选择性几何相位调控，实现双手性圆偏振光的同时反射及几何相位调制，具体表现为宽波段反射式涡旋光和矢量光的产生。

摘要： 本发明属于光场调控与光芯片技术领域，具体为一种基于几何相位超表面的表面等离激元片上光学器件耦合系统。本发明系统由SPP激发聚焦超表面和片上光学器件两个部分集合组成；首先根据几何相位原理，设计具有近似完美半波片性质的几何相位人工原子，并利用该人工原子进行空间旋转，排列成两维相位梯度超表面，使其将入射圆偏振光高效耦合为聚焦SPP；然后设计SPP片上波导，使其结构端面位于SPP聚焦点处，最终实现入射光高效耦合进SPP波导并进行传输调控。本发明是通过用激发光照射超表面，把三维激发光高效地耦合为二维的聚焦SPP并传输到远离激发光的位置，再高效耦合进入SPP波导中，具有高效率、高集成、无背景散射等优点。