《光电进展》刊登了一篇关于具有随机交错等离子体超表面的完整极化集的自旋控制生成的文章，DOI编号为10.29026/oea.2024.240076。
光学超表面是由精心设计的超薄人工原子阵列组成的精心制作的二维人工纳米结构。这些表面具有超越天然材料的能力，可以实现电磁波的多功能控制。通过设计人造原子的形状、大小、旋转和位置，光学超表面可以精确地操纵亚波长空间分辨率的电磁波，在光子学领域具有巨大的潜在应用。
在众多应用中，利用光学超表面控制偏振态得到了广泛研究。偏振编码多功能超表面的发展代表了光学技术的重大飞跃，允许将更广泛的功能集成到单个超表面中。这种极化编码集成是通过创新的人工原子设计和不同超表面区域的巧妙交织实现的，预示着光子学的新时代。元表面作为各种光学应用的多用途平台，体现了朝着更加集成和动态可控的光学元件的不断发展。
尽管在偏振态控制方面取得了重大进展，但大多数超表面仅限于产生分布在有限数量通道上的几个特定偏振态。至今很少有报道在多个通道上可控地产生一整套偏振态的方法，以及在不同通道内实现可切换偏振态的技术。
为了解决这些挑战，研究人员提出了一种反射金-硅-金等离子体超表面。这种创新设计具有六个随机交错的超表面区域，每个区域都能够同时以不同的反射角输出和收集不同的偏振态。这种设计方法允许多向光束控制所有偏振通道，并通过切换入射圆偏振光的自旋状态来改变输出通道的偏振状态。
该设计包括一个纳米砖形状的半波片和四个纳米十字形状的四分之一波片。半波片可以将左手圆偏振光转换为右手圆偏振光，反之亦然。通过以45°的增量旋转半波片，产生几何相位梯度，分离与入射圆偏振光具有相同偏振态的光的反射角。四分之一波片经一定角度旋转后，可将入射圆偏振光转换成不同角度的线偏振光。这些板提供线性相位梯度，将圆偏振光转换成0°、45°、90°和135°方向的线偏振光，然后以不同角度反射。
通过将这些纳米板集成并设计成不同的旋转角度，超表面可以在多个通道上同时输出一整套偏振态。研究人员通过南丹麦大学纳米光学中心先进的微纳米制造和表征平台验证了他们的超表面设计。
这项研究标志着偏振光学领域的重大进展，为开发紧凑、高效、强大的光学器件铺平了道路。这些纳米波片的独特特性为从成像和传感到通信和其他先进光学技术的应用开辟了新的途径。这项技术的潜在影响是巨大的，为实现可动态控制的复杂光学系统提供了光明的前景，从而提高了不同学科光学元件的多功能性和性能。
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