I campi ottici vettoriali (VOF) che esibiscono fronti d'onda progettati arbitrariamente e distribuzioni di polarizzazione sono altamente desiderati nella fotonica. Per generare in modo efficiente VOF arbitrari, gli scienziati in Cina hanno proposto un approccio generico basato su metasuperfici che mostrano distribuzioni di matrice di Jones a matrice piena ma disomogenee. Sulla base della loro strategia, generazioni efficienti di VOF complessi sia in campo lontano che vicino sono state dimostrate sperimentalmente nel regime NIR. La meta-piattaforma proposta apre nuove strade per applicazioni fotoniche diversificate, come l'intrappolamento ottico e l'imaging a super risoluzione.

I fasci di luce sono ampiamente utilizzati nelle applicazioni fotoniche e hanno suscitato un immenso interesse di ricerca. Rispetto ai fasci di luce polarizzati in modo omogeneo, i campi ottici vettoriali (VOF) con fronti d'onda personalizzati e distribuzioni di polarizzazione disomogenee presentano maggiori vantaggi nelle applicazioni rispetto alle loro controparti a onde scalari, grazie al grado di libertà aggiunto (DOF) di polarizzazione. Adattando le distribuzioni di polarizzazione, si possono generare VOF speciali come fasci flap-top e fasci polarizzati radialmente, essendo altamente favorito nella microscopia a super risoluzione, manipolazioni ottiche, eccetera.

Nonostante i grandi progressi nelle applicazioni, generazione di tali VOF complessi sono lungi dall'essere soddisfacenti. I metodi disponibili basati su materiali convenzionali soffrono di problemi di dimensioni ingombranti e bassa efficienza, a causa della limitata risposta elettromagnetica dei materiali naturali. E di recente, le metasuperfici sono state ampiamente utilizzate per generare VOF in diverse gamme di frequenza, ma principalmente per la generazione in campo lontano con determinate distribuzioni di polarizzazione limitate (ad esempio polarizzazioni lineari radiali o azimutali). Inoltre, VOF complessi nel campo vicino con distribuzioni di polarizzazione arbitrarie sono finora raramente generati con metasuperfici.

In un articolo appena pubblicato in Luce:scienza e applicazioni , Il gruppo del Prof. Lei Zhou del Dipartimento di Fisica della Fudan University in Cina, ha proposto un approccio generico per generare in modo efficiente VOF arbitrari basati su metasuperfici che mostrano distribuzioni di matrice di Jones a matrice piena ma disomogenee. Per illustrare la fattibilità e la potenza della loro strategia, hanno chiarito il loro concetto sulla base di calcoli analitici a livello di modello, e ha dimostrato sperimentalmente un meta-dispositivo come punto di riferimento in grado di deviare contemporaneamente la luce e manipolare la sua polarizzazione in modo controllabile. Quindi, hanno inoltre dimostrato sperimentalmente le generazioni di VOF di campo lontano che esibiscono un fronte d'onda a vortice con una distribuzione di polarizzazione disomogenea e la generazione di un VOF di campo vicino con fronte d'onda e distribuzioni di polarizzazione appositamente progettati e persino momento angolare orbitale, cioè un'onda plasmonica di superficie a vortice polarizzata cilindricamente. Le ottime prestazioni dei meta-dispositivi realizzati e il buon accordo tra i risultati sperimentali in regime NIR, le simulazioni e i calcoli analitici hanno validato bene il loro approccio, rendendo tale meta-piattaforma una via alternativa per generare VOF complessi. Questi scienziati riassumono la loro piattaforma di generazione VOF:

"stabiliamo una strategia generica per la progettazione di meta-dispositivi ultrasottili per generare in modo efficiente VOF arbitrari (compresi sia quelli di campo lontano che quelli di campo vicino) come desiderato, e dimostrare sperimentalmente il concetto nel regime del vicino infrarosso (NIR). L'idea chiave è assumere che il meta-dispositivo mostri una matrice di Jones a matrice piena disomogenea, possedendo così le capacità di controllo sia sullo spin locale che sul fronte d'onda globale di un raggio di luce. La strategia proposta è così generica che possiamo progettare meta-dispositivi di generazione VOF che lavorano per colpire luci con angoli di incidenza arbitrari e polarizzazioni sia in riflessione che in trasmissione geometrie, " hanno aggiunto.

"In sintesi, sfruttando i pieni gradi di libertà forniti dalla matrice di Jones disomogenea a matrice piena, stabiliamo una strategia generale per realizzare meta-dispositivi per generare VOF sia nel campo vicino che in quello lontano, con qualsiasi fronte d'onda progettato e distribuzioni di polarizzazione locale. Dopo aver illustrato il nostro concetto generico sia con calcoli analitici a livello di modello che con esperimenti di benchmark su una lastra semionda riflettente in modo anomalo, dimostriamo le piene capacità del nostro approccio realizzando sperimentalmente due meta-dispositivi... I nostri risultati offrono un approccio sistematico alla progettazione di dispositivi ottici ultracompatti per generare VOF arbitrari in condizioni generali in diversi domini di frequenza, che sono di grande importanza sia nelle ricerche fondamentali che nelle applicazioni fotoniche. Ci si possono aspettare molti lavori futuri lungo questa linea, come estendere il concetto alla geometria della trasmissione, incidenti fuori dalla norma, ampiezze disomogenee e polarizzazioni incidenti arbitrarie, e applicando i VOF generati alle comunicazioni multicanale, rilevamento del campo vicino, intrappolamento ottico, e immagini ad alta risoluzione, " concludono gli scienziati.