近日，我院联合华中科技大学团队在光纤端结构光场调控方面取得新的进展。研究成果以“Broadband bifunctional manipulation of a fiber-emitted sub-wavelength structure light beam based on a fiber-integrated metasurface”为题发表于《Photonics Research》（影响因子7.2，中科院分区1区），文章DOI: 10.1364/PRJ.575168。光电工程学院研究生徐建康为第一作者，华中科技大学博士研究生权志强为共同第一作者，光电工程学院刘厚权副研究员、华中科技大学王健教授为共同通讯作者，我校为论文的第一完成单位。
光与物质相互作用一直是物理学、化学以及生物学等学科中研究物质基本性质的重要手段，亦是信息光学中实现各种光信息处理的基础。近年来，人们发现结构光场可为光与物质相互作用研究提供前所未有的新技术和新机遇。因而，结构光场调控及其应用研究已经迅速发展成为了重要的研究前沿。结构光调控研究的目的在于“驯服”光场，从而依据应用场景产生各种定制化的光场结构。
调控产生结构光的传统方法主要依赖于空间光调制器（SLM）等体光学元件，尽管可实现动态可编程的波前调制，但器件体积庞大，难以与微型光学系统兼容，严重制约了其集成化应用。近年来，超表面和表面等离子体结构等微纳光学器件的兴起为结构光场的片上集成化调控提供了解决方案。这些片上光学元件可以在亚波长尺度上实现光场的灵活调控。然而，这些片上光学元件普遍依赖外部复杂的物镜系统进行光路耦合，该外部物镜耦合系统不仅体积大，且需严格对准，因此“物镜耦合+片上元件”的结构光产生系统依然集成度不高且可调灵活性差。将超表面和表面等离子体结构等集成到光纤端面可有效解决上述问题。一方面，光纤直径仅100μm量级，光通过光纤耦合到纤端集成超表面，可有效减小器件体积；另一方面，光纤将光限制在纤芯中传输，一旦将超表面集成到光纤端面，无论光纤是否弯曲，纤芯光场始终与超表面严格对准，因此可根据实际应用需求灵活设置光纤光路。
于是，在该成果中，作者们提出了一种基于光纤端集成超表面的双功能亚波长结构光场调控器件，器件结构示意图如图1所示，器件实物图如图2所示。
图1 器件结构示意图
图2 器件实物图
通过精准设计纤端集成的超表面，该光纤器件可以在不同圆偏振光入射条件下分别产生亚波长尺寸的Bessel光束和聚焦涡旋光束，如图3和图4所示。
图3 532nm波长右旋圆偏振光入射产生亚波长Bessel光束
图4 532nm波长左旋圆偏振光入射产生聚焦涡旋光束
由于超表面基于几何相位调控光场波前，该器件具有宽带响应能力，在632.8nm波长入射条件下，不同圆偏振光入射时依然能分别产生亚波长尺寸的Bessel光束和聚焦涡旋光束，如图5和图6所示。
图5 632.8nm波长右旋圆偏振光入射产生亚波长Bessel光束
图6 632.8nm波长左旋圆偏振光入射产生聚焦涡旋光束
