哈佛大学约翰·阿·利亚·布伦斯著
保尔森工程和应用科学学院 该装置的扫描电镜图像显示了在逆向设计过程中产生的不规则纳米结构
学分:师/哈佛大学 偏振，光振动的方向，人眼是看不见的
然而，我们的光学世界在很大程度上依赖于对这种隐藏的光质量的控制和操纵
从数字闹钟到医疗诊断、通信和天文学，能够控制光偏振的材料——被称为双折射材料——被广泛应用于各个领域
正如光的偏振可以沿直线或椭圆振动一样，材料也可以是线性或椭圆双折射的
今天，大多数双折射材料本质上是线性的，这意味着它们只能以有限的方式操纵光的偏振
如果你想实现广泛的偏振操作，你需要堆叠多个双折射材料一个在另一个之上，使这些设备体积庞大和效率低下
现在，哈佛大学的研究人员
保尔森工程和应用科学学院设计了一种可以从线性双折射到椭圆双折射连续调谐的亚表面，只用一个设备就打开了偏振控制的整个空间
这种单个亚表面可以像许多双折射材料一样并行工作，实现更紧凑的偏振操作，这在偏振成像、量子光学和其他领域具有深远的应用
这项研究发表在《科学进展》杂志上
“这是一种新型的双折射材料，”大学前研究生、该论文的第一作者石说
“我们能够在自然存在的物质之外调整物质的广义极化行为，这有很多实际好处
过去需要三个独立的传统双折射元件，现在只需要一个”
费德里科·卡帕索说:“利用一种紧凑、多功能的设备，以全新的方式操纵光的基本特性，如偏振，这种能力将在量子光学和光通信中有重要应用。”
华莱士应用物理学教授和温顿·海斯SEAS电子工程高级研究员，该论文的高级作者
亚表面是间隔小于一个波长的纳米柱阵列，可以执行一系列任务，包括操纵光的相位、振幅和偏振
过去，卡帕索和他的团队使用简单的几何形状和少量的设计参数，从头开始设计这些高度有序的表面
然而，在这项研究中，团队转向了一种新的设计技术，称为拓扑优化
“拓扑优化是一种逆方法，”石说
“您从您希望元曲面做的事情开始，然后您允许算法探索巨大的参数空间，以开发能够最好地交付该功能的模式
" 结果令人惊讶
这个元表面不是像玩具士兵一样整齐排列的矩形柱子，而是由嵌套的半圆组成，让人想起扭曲的笑脸——更像是一个蹒跚学步的孩子画的东西，而不是电脑
但是这些奇怪的形状已经打开了一个全新的双折射世界
它们不仅可以实现广泛的偏振操作，例如将线性偏振转换成任何期望的椭圆偏振，而且偏振化也可以通过改变入射光的角度来调节
“我们的方法在工业和科学研究中有广泛的潜在应用，包括先进光学系统中的偏振像差校正，”卡帕索说
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