[2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 螺旋行波纳米天线控制光偏振

摘要： 光偏振是现代光子学的关键要素。在各向异性金属纳米结构中定制表面等离激元（SPs）为微观尺度下的偏振控制开辟了前景[1]。然而现有器件尺寸仍远大于光波长。本研究提出行波螺旋等离激元天线（TW-HPA）突破该限制[2]。其非共振特性区别于既有螺旋等离激元结构[3-5]，将行波螺旋天线概念[6]拓展至光学领域。该TW-HPA由镀金细线螺旋缠绕成微型螺旋结构（图1a），镀金导线支撑着无截止轴向对称行波等离激元[7]，通过螺旋基座处矩形孔径纳米天线的偶极模式进行局域激发。传播过程中，等离激元线模获得轨道角动量（OAM）。尖锐曲率使该SP模式的OAM与自由空间传播光子的自旋角动量（SAM）匹配[8]?；谡庵諳AM-SAM转换机制，单个TW-HPA可通过漩涡等离激元效应在亚波长尺度产生圆偏振定向光。通过紧密排布这些TW-HPA，可构建具有特定手性及可调强度的微米级圆偏振光源阵列，为探测器、显示器、光磁记录及量子信息等需要局部寻址的光子应用开辟新途径。将四个相反手性的TW-HPA光学耦合（图1b），我们获得了体积小于立方波长的相位板——其偏振特性此前从未实现。当入射线偏振光旋转52°（标准四分之一波片需90°）即可实现左/右旋圆偏振（LCP/RCP）切换?；诠獾淖孕?轨道相互作用，该方法具有普适性强、结构稳固的特点，可制备超紧凑等离激元偏振器及非常规相位板。无论是独立结构还是耦合阵列，TW-HPA都将推动高集成度偏振编码光学的发展，尤其适用于量子信息与光学自旋电子学中自旋编码光子量子比特的产生与调控。