Generation and Superposition of Perfect Vortex Beams in Terahertz Region via Single-Layer All-Dielectric Metasurface

叠加原理 太赫兹辐射 物理 角动量 光学 极化(电化学) 拓扑量子数 光电子学 量子力学 物理化学 化学
作者
Qi Wu,Wenhui Fan,Chong Qin
出处
期刊:Nanomaterials [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:12 (17): 3010-3010 被引量:6
标识
DOI:10.3390/nano12173010
摘要

Terahertz (THz) orbital angular momentum (OAM) technology provides promising applications in future wireless communication with large bandwidth and high capacity. However, the ring radius of the conventional THz vortex beam is related to the topological charge, limiting the co-propagation of multiple OAM modes in the THz communication systems. Although the perfect vortex beam (PVB) based on traditional methods can solve this problem, they are usually bulky and unstable. Here, we demonstrate two PVB generators based on a single all-dielectric metasurface to obtain polarization-independent PVB and spin multiplexed PVB, respectively. The former regulates the propagation phase by using isotropic unit cells; the latter simultaneously manipulates the propagation and geometric phase to achieve the spin-decoupled phase control by arranging anisotropic unit cells. In addition, we also demonstrate the stable generation of a perfect Poincaré beam with arbitrary polarization and phase distribution on a hybrid-order Poincaré Sphere via a spin-decoupled metasurface, which is achieved by the linear superposition of two PVBs with orthogonal circular polarizations. The proposed scheme provides a compact and efficient platform for the generation and superposition of PVBs in THz region, and will speed up the progress of THz communication systems, complex light field generation, and quantum information sciences.

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