以下文章来源于ACS材料X ，作者ACS Publications

英文原题：Asymmetric Full-color Vectorial Meta-holograms Empowered by Pairs of Exceptional Points

通讯作者：宋清华，清华大学深圳国际研究生院；吴品颉，台湾成功大学光电科学与工程学系；黄伟，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所

作者：Zijin Yang (杨子矜), Po-Sheng Huang, Yu-Tsung Lin, Haoye Qin (秦昊烨), Jiaxin Chen (陈佳欣), Sanyang Han (韩三阳), Wei Huang (黄伟), Zi-Lan Deng (邓子岚), Bo Li (李勃), Jesús Zú?iga-Pérez, Patrice Genevet, Pin Chieh Wu (吴品颉), Qinghua Song (宋清华)

背景介绍

全息技术在沉浸式虚拟现实和光通信等应用中具有巨大的前景。随着光学超表面的出现，这种具有在亚波长尺度上精确操纵光的振幅、相位和偏振的显著能力的平面光学元件扩展了全息术的潜在应用。尽管科学家们在超全息术方面做出了很多努力，基于几何相位的单向全彩矢量全息的实现仍是一个巨大的挑战。作为开放系统中的一类特殊奇点，奇异点（EP）由于其本征态简并性，使得系统只能在某个特定的偏振通道上工作，从而实现非对称全息分布。然而，如何扩展奇异点系统的这种不对称响应，在解决由两个正交圆偏振所导致的冗余孪生图像问题的同时构建全彩全偏振态矢量场分布，目前未见相关报道。

图1. 基于双奇异点的非对称全彩矢量超全息术示意图

文章亮点

近日，清华大学深圳国际研究生院宋清华副教授，台湾成功大学吴品颉副教授和中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所黄伟副研究员在Nano Letters上报道了一种具有非对称全彩成像和全偏振重建的矢量傅立叶超表面。研究团队利用改进的Gerchberg-Saxton算法实现空间对齐全彩显示，将波长信息与图像补偿策略相结合。此外，通过将几何相位与双奇异点相结合，解决了传统几何相位出现在两个正交圆偏振光中的冗余孪生图像的问题，同时实现矢量场的全彩全偏振控制。

图2. 非厄米全彩矢量傅立叶超表面的结构设计

研究团队基于双奇异点组成的傅立叶超表面设计了全彩矢量加密全息图，以展示其对波长和偏振的独立控制能力。具有三个不同颜色面的“魔方”被设置为强度（图3），另外两个具有不同点数信息的魔方被分别用于表示偏振的方位角和椭圆角。在实验中，通过在三色“魔方”的强度分布内对斯托克斯参数进行简单操作，获得了偏振的方位角和椭圆度角的预期空间分布。

图3. 全彩矢量超表面的制备和测量结果

总结/展望

研究团队提出并实验证明了一种基于双奇异点构造的全彩矢量傅立叶超表面，能够实现独特的不对称波前操作。该超表面利用由两个镜像对称结构构建的一对奇异点实现在宽波长范围内的不对称圆偏振光转换，抑制了两个圆偏振光束的几何相位的固有共轭特性，为单向矢量波前调制提供了不对称几何相位衍射，此外，该系统还通过宽带补偿算法实现了投影全彩RGB矢量全息图像。该独特的非对称全彩矢量超全息图有望被应用于全色显示器、复杂光束生成和安全数据存储应用等领域。

相关论文发表在Nano Letters上，清华大学深圳国际研究生院博士研究生杨子矜与台湾成功大学Po-Sheng Huang 为文章的共同第一作者，清华大学深圳国际研究生院宋清华副教授, 台湾成功大学吴品颉副教授与中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所黄伟副研究员为共同通讯作者。

通讯作者信息：

宋清华 清华大学

宋清华博士，清华大学深圳国际研究生院副教授，博士生导师。获国家高层次人才项目、深圳市“鹏城孔雀计划”特聘岗位B类人才。现承担国家自然科学基金委青年基金项目、国家重点研发计划、深圳市科创委技术攻关重大项目、深圳市面上项目等。主要研究方向为电磁超表面、光学全息、微纳光学、拓扑光学等。研究成果至今以第一/通讯作者的身份在Science、 Science Advances (2篇)、 Nature Communications (3篇)、Light: Science & Applications、 Nano Letters等国际权威期刊发表多篇论文。

主页链接：

https://www.sigs.tsinghua.edu.cn/sqh/main.htm

转自：“ACS美国化学会”微信公众号

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