All-dielectric planar metasurface for giant circular dichroism and polarization-selective focusing

平面的 圆二色性 光学 极化(电化学) 多极展开 材料科学 超材料 圆极化 偶极子 光电子学 偏振器 不对称 塞曼效应 纳米柱 几何相位 电场 二色性 光子学 磁偶极子 偏移量(计算机科学) 波前 磁圆二色性 光子超材料 物理 旋光法 相(物质) 手性(物理) 磁场 相位调制 二向色玻璃 平版印刷术
作者
Johnston Kalwe,Xingguang Liu,Junqing Li,Gebeyehu Dirbeba,X. F. Wang,Wen Hui Hao,Wu Jiang,Zhuofan Yu
出处
期刊:Journal of Physics D [Institute of Physics]
卷期号:58 (40): 405102-405102
标识
DOI:10.1088/1361-6463/ae0a64
摘要

Abstract Achieving strong chiroptical effects and polarization-dependent wavefront shaping within a planar platform remains a major challenge in nanophotonics. In this paper, we propose and numerically demonstrate an all-dielectric metasurface composed of individually achiral, crescent-shaped nanopillars arranged in a hexagonal lattice. Through geometric parameter tuning (e.g. offset distance), the metasurface exhibits significant structural anisotropy, giving rise to giant extrinsic circular dichroism ( CD > 0.8 ), large optical rotation, and relatively high polarization extinction ratio. Multipole decomposition reveals that the observed chiroptical responses are predominantly governed by toroidal dipole (TD) resonances, with electric and magnetic field distributions confirming the strong confinement and directional asymmetry of TD-induced fields. The strong extrinsic chirality arises from the combination of the achiral metasurface supporting TD and oblique incident waves. Additionally, full 2 π geometric phase modulation with enough high transmittance across the visible range is also achieved, enabling the realization of a polarization-selective metalens that achieves broadband, diffraction-limited focusing performance for circularly polarized light. These results suggest that our design approach may offer a compact platform for on-chip integration, with promising applications in chiral sensing, optical communication, and chiroptical spectroscopy.
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