打破自旋锁定以实现双层超表面的全圆偏振解耦

《Laser & Photonics Reviews》：Breaking Spin Locking for Full Circular Polarization Decoupling in a Dual-Layer Metasurface

　　该研究提出一种双层介质超表面，通过层间衍射耦合破除极化锁定，实现Jones矩阵的独立调控，包括S3轴调制。结合神经网络辅助的反向设计优化元结构和波前，实验获得六通道全息图SNR达30 dB，全圆极化复用SNR超21 dB，为高容量全息光通信和多维光子系统奠定基础。

　　

摘要

偏振为编码光学信息提供了一个丰富但尚未被充分利用的维度。然而，传统的超表面由于内在对称性的限制，无法分离圆偏振通道，这从根本上限制了偏振复用系统的容量。在这里，我们提出了一种双层介电超表面，通过工程化的层间衍射耦合打破了这种自旋锁定，从而实现对琼斯矩阵的完全独立控制，包括沿着难以捉摸的庞加莱球S₃轴的调制。利用基于神经网络的逆向设计框架，我们共同优化了局部超原子响应和全局波前演化。我们展示了一个六通道偏振复用全息图，其信噪比（SNR）约为30 dB，并进一步实现了全圆偏振复用（L-L、L-R、R-L、R-R），信噪比超过21 dB。这一平台以兼容CMOS的形式实现了完整的庞加莱偏振控制，为高容量全息术、安全光通信和多维光子系统铺平了道路。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究关键发现的相关数据可在文章和补充信息文件中找到。本研究生成的所有原始数据均可根据合理请求向相应作者获取。