研究目的
利用介质超表面通过空心高斯光束在更高阶庞加莱球上生成纯拉盖尔-高斯矢量光束，克服外腔生成中的衍射限制。
研究成果
该研究成功展示了利用空心高斯光束和介质超表面q板实现纯拉盖尔-高斯矢量光束的理论与实验生成。当HGB阶数是q板拓扑荷数的两倍时，可获得纯LG模式，并能实现高阶庞加莱球面上的任意偏振态。该方法具有高模式纯度，有望应用于高精度测量和量子信息领域。未来工作可聚焦于改进HGB生成技术以提升矢量光束质量。
研究不足
生成的矢量光束质量取决于入射高斯光束的完美程度；高斯光束中的缺陷（例如中心处非零强度）会导致衍射环并降低纯度。高斯光束中较大的环半径会产生更纯净的矢量光束，但低阶高斯光束更容易出现误差。偏振测量（例如斯托克斯参数）中的实验误差可能导致与理论预测的偏差。
1：实验设计与方法选择：
实验采用He-Ne激光器产生基模高斯光束，通过空间光调制器（SLM）和螺旋相位板（SPP）将其转换为中空高斯光束（HGB）。该HGB再经过基于介质超表面的q板，生成具有纯拉盖尔-高斯（LG）模式的矢量光束（VBs）。理论基础包括推导HGB到VBs的通用表达式，并运用矢量衍射理论。
2：样本选择与数据来源：
样本为制备的拓扑荷q=0.5和q=1的介质超表面q板。数据来源包括CCD相机采集的强度与偏振测量数据。
3：5和q=1的介质超表面q板。数据来源包括CCD相机采集的强度与偏振测量数据。 实验设备与材料清单：
3. 实验设备与材料清单：He-Ne激光器（Thorlabs HNL210L-EC）、空间光调制器（Holoeye Pluto-Vis）、螺旋相位板、q板（熔融石英制备的介质超表面）、偏振片（Glan激光偏振片，Thorlabs）、四分之一波片、分束器、反射镜及CCD相机（Coherent LaserCam HR）。
4：实验流程与操作步骤：
激光光束经扩束、准直和线偏振处理后，通过SLM调制加载螺旋相位，再经SPP消除相位形成HGB。入射q板前使用偏振片和波片调节偏振态，输出矢量光束通过附加波片、偏振片及CCD进行强度与偏振分析。
5：数据分析方法：
通过斯托克斯参数测量获取偏振态，将强度分布与理论LG模式对比，分析径向强度分布以验证模式纯度。
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He-Ne laser
HNL210L-EC
Thorlabs
Emits a fundamental Gaussian beam used as the light source in the experiment.
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Charge coupled device
LaserCam HR
Coherent
Records the intensity of the exit light beam for analysis.
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Spatial light modulator
Pluto-Vis
Holoeye
Modulates the beam to add a helical phase, transforming it into a vortex beam.
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Glan laser polarizer
Thorlabs
Polarizes the light beam; used as GLP0, GLP1, GLP2 in the setup for controlling polarization.
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Quarter-wave plate
Adjusts the polarization state of the light beam; used as QWP1 and QWP2 in the setup.
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Beam splitter
Splits the light beam in the experimental setup.
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Mirror
Reflects the light beam; used to reverse the helical phase in the setup.
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Spiral phase plate
Cancels the helical phase to help form the hollow Gaussian beam.
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q-plate
Converts the hollow Gaussian beam into a vector beam with Laguerre-Gaussian mode; implemented with dielectric metasurfaces.
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