Campos ópticos vetoriais (VOFs) exibindo frentes de onda e distribuições de polarização arbitrariamente projetadas são altamente desejados em fotônica. Para gerar VOFs arbitrários de forma eficiente, cientistas na China propuseram uma abordagem genérica baseada em metassuperfícies exibindo distribuições de matriz completa, porém não homogêneas de Jones. Com base em sua estratégia, Gerações eficientes de VOFs complexos em campo distante e próximo foram demonstradas experimentalmente no regime NIR. A meta-plataforma proposta abre novos caminhos para aplicações fotônicas diversificadas, como captura ótica e imagem de super-resolução.

Os feixes de luz são amplamente usados ​​em aplicações fotônicas e têm atraído imenso interesse de pesquisa. Em comparação com feixes de luz homogeneamente polarizados, campos ópticos vetoriais (VOFs) com frentes de onda personalizadas e distribuições de polarização não homogêneas exibem mais vantagens em aplicações em comparação com suas contrapartes de onda escalar, graças ao grau adicional de liberdade (DOF) de polarização. Adaptando as distribuições de polarização, VOFs especiais, como feixes de topo de aba e feixes radialmente polarizados, podem ser gerados, sendo altamente favorecido em microscopia de super-resolução, manipulações ópticas, etc.

Apesar dos grandes avanços nas aplicações, geração de tais VOFs complexos está longe de ser satisfatória. Os métodos disponíveis com base em materiais convencionais sofrem de tamanho volumoso e problemas de baixa eficiência, devido à resposta eletromagnética limitada dos materiais naturais. E recentemente, metassuperfícies têm sido amplamente utilizadas para gerar VOFs em diferentes faixas de frequência, mas principalmente para geração de campo distante com certas distribuições de polarização limitadas (por exemplo, polarizações lineares radiais ou azimutais). Além disso, VOFs complexos no campo próximo com distribuições de polarização arbitrárias são, até agora, raramente gerados com metassuperfícies.

Em um artigo recém-publicado em Light:Ciência e Aplicações , Grupo do Prof. Lei Zhou do Departamento de Física da Universidade Fudan na China, propôs uma abordagem genérica para gerar VOFs arbitrários de maneira eficiente com base em metassuperfícies exibindo distribuições de matriz completa, porém não homogêneas de Jones. Para ilustrar a viabilidade e o poder de sua estratégia, eles elucidaram seu conceito com base em cálculos analíticos em nível de modelo, e demonstrou experimentalmente um meta-dispositivo como uma referência que pode simultaneamente desviar a luz e manipular sua polarização de uma maneira controlável. Então, eles demonstraram experimentalmente as gerações de VOFs de campo distante exibindo uma frente de onda de vórtice com uma distribuição de polarização não homogênea e a geração de um VOF de campo próximo com frente de onda especialmente projetada e distribuições de polarização e mesmo momento angular orbital, isto é, uma onda de plasmon de superfície de vórtice de polarização cilíndrica. O excelente desempenho dos meta-dispositivos realizados e a boa concordância entre os resultados experimentais no regime NIR, as simulações e cálculos analíticos validaram bem sua abordagem, fazendo essa meta-plataforma como uma via alternativa para gerar VOFs complexos. Esses cientistas resumem sua plataforma de geração de VOF:

"estabelecemos uma estratégia genérica para projetar meta-dispositivos ultrafinos para gerar VOFs arbitrários de maneira eficiente (incluindo os de campo distante e de campo próximo) conforme desejado, e demonstrar experimentalmente o conceito no regime de infravermelho próximo (NIR). A ideia principal é assumir que o meta-dispositivo exibe uma matriz de Jones de matriz completa não homogênea, possuindo, assim, as capacidades de controle tanto no spin local quanto na frente de onda global de um feixe de luz. A estratégia proposta é tão genérica que podemos projetar meta-dispositivos de geração de VOF trabalhando para incidir luzes com ângulos incidentes arbitrários e polarizações tanto na reflexão quanto na transmissão geometrias, "acrescentaram.

"Resumindo, explorando todos os graus de liberdade fornecidos pela matriz de Jones não homogênea de matriz completa, estabelecemos uma estratégia geral para realizar meta-dispositivos para gerar VOFs tanto no campo próximo quanto no distante, com quaisquer frentes de onda projetadas e distribuições de polarização locais. Depois de ilustrar nosso conceito genérico por meio de cálculos analíticos em nível de modelo e experimentos de benchmark em uma placa de meia onda com reflexão anômala, demonstramos todas as capacidades de nossa abordagem realizando experimentalmente dois meta-dispositivos ... Nossos resultados oferecem uma abordagem sistemática para projetar dispositivos ópticos ultracompactos para gerar VOFs arbitrários sob condições gerais em diferentes domínios de frequência, que são de grande importância em pesquisas fundamentais e aplicações fotônicas. Muitos trabalhos futuros podem ser esperados ao longo desta linha, como estender o conceito à geometria de transmissão, incidências fora do normal, amplitudes não homogêneas e polarizações de incidentes arbitrárias, e aplicando os VOFs gerados a comunicações multicanais, detecção de campo próximo, armadilha ótica, e imagens de super-resolução, "concluem os cientistas.