用于无需对准的自旋和轨道角动量同时检测的超表面器件及检测方法技术

本发明专利技术公开一种用于无需对准的自旋和轨道角动量同时检测的超表面器件及检测方法，超表面器件自下而上依次包括：衬底；超构原子层，包括周期性排布的超构原子；超表面器件通过几何相位和传输相位协同调控，分别向待检测光束的左旋圆偏振分量和右旋圆偏振分量施加镜像对称的抛物线光栅型相位调控，使得待检测光束经超表面器件调制后的衍射光斑呈现待检测光束的自旋角动量信息和轨道角动量信息，待检测光束的自旋角动量信息和轨道角动量信息不因待检测光束的位置偏移而改变。上述方法采用上述超表面器件进行自旋角动量和轨道角动量的同时检测。本发明专利技术实现高阶涡旋光及矢量光的检测，体积小巧、衍射距离短，能量利用率高，易于与探测器集成。与探测器集成。与探测器集成。

【技术实现步骤摘要】
用于无需对准的自旋和轨道角动量同时检测的超表面器件及检测方法


[0001]本专利技术属于电磁波相位调控的
，尤其涉及一种用于无需对准的自旋和轨道角动量同时检测的超表面器件及检测方法。

技术介绍

[0002]从量子光学的角度来看，光子可以携带自旋角动量(SAM)和轨道角动量(OAM)。
[0003]其中，SAM对应于左旋圆偏振和右旋圆偏振两个正交偏振态；OAM由光束的螺旋相位波前exp(ilθ)表征，其中整数l为拓扑荷数，θ为方位角。OAM具有无限多个正交态。由于自旋和轨道角动量的本征正交性，每个模式可以作为一个信息通道，可以提供巨大的信息容量，因此SAM和OAM被认为是实现高容量光通信、高维量子信息学的信息载体。对于这些应用，SAM和OAM的准确检测十分重要。
[0004]然而，传统的检测方法比如干涉、衍射法，柱透镜、空间光调制器法等虽然可以准确检测出OAM，但是具有光学装置复杂、体积大、衍射距离远等缺点，这无法满足光学系统小型化、集成化的发展需求，且一般难以实现SAM的检测。
[0005]随着微纳加工技术的进步，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于无需对准的自旋和轨道角动量同时检测的超表面器件，其特征在于，自下而上依次包括：衬底；超构原子层，包括周期性排布的超构原子；其中，所述超表面器件通过几何相位和传输相位协同调控，分别向待检测光束的左旋圆偏振分量和右旋圆偏振分量施加镜像对称的抛物线光栅型相位调控，使得待检测光束经所述超表面器件调制后的衍射光斑呈现所述待检测光束的自旋角动量信息和轨道角动量信息，并且所述待检测光束的自旋角动量信息和轨道角动量信息不因待检测光束的位置偏移而改变。2.根据权利要求1所述的一种用于无需对准的自旋和轨道角动量同时检测的超表面器件，其特征在于，通过改变超构原子的旋转角度θ引入几何相位调控通过改变超构原子的结构尺寸引入传输相位调控，其中，结构尺寸引入传输相位调控，其中，其中，为传输相位，θ为超构原子旋转角度，Φ
L
为左旋圆偏振分量的相位调制，Φ
R
为右旋圆偏振分量的相位调制。3.根据权利要求2所述的一种用于无需对准的自旋和轨道角动量同时检测的超表面器件，其特征在于，待检测光束的左旋圆偏振分量和右旋圆偏振分量被施加镜像对称的抛物线光栅型相位调控并且受到不同的相位调制分别为：并且受到不同的相位调制分别为：其中，x,y为超表面器件上的位置坐标，Λ为光栅周期并表示相位在x方向复现的周期，λ为待检测光束的波长，f为焦距；σ为+1或
‑
1，分别表示待检测光束的左旋圆偏振分量或右旋圆偏振分量。4.根据权利要求1所述的一种用于无需对准的自旋和轨道角动量同时检测的超表面器件，其特征在于，所述超构原子按照四方晶格或六角晶格排列，周期为p，其取值范围为p<λ，其中λ为待检测光束的波长，所述待检测光束的波长λ位于可见光波段或红外波段，所述待检测光束包括高阶涡旋光和矢量光。5.根据权利要求4所述的一种用于无需对准的自旋和轨道角动量同时检测的超表面器件，其特征在于，所述超构原子为长方体或椭...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗先刚，陈琰，蒋孟娜，张飞，蒲明博，李雄，马晓亮，赵泽宇，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：