特异介质表面对表面波的调控研究

Metasurface, is an inhomogeneous surface made by an ultrathin subwavelength artificial microstructure with specially designed transmission or reflection phase distribution, which can arbitrarily manipulate the momentum, spin angular momentum (polarization) and orbit angular momentum of electromagnetic wave. More importantly, metasurface can convert the propagation wave into surface wave. According to the current research, surface waves carry helicity-independent transverse spin, helicity-dependent transverse momentum and special spin Hall effect. As a result, implementation of manipulating the surface wave is particularly important and urgent. Based on our past excellent accumulations on matematerials and metasurfaces, we propose here to study the physical properties of the manipulations on surface waves, through combining theory, numerical simulation, micro and nano fabrications and experimental characterizations. To this end, we plan to conduct the following three parts of research: (1) Design and fabricate the real metasurface to manipulate momentum, spin angular momentum of the surface wave，and observe the phenomena such as surface wave with special polarization and spin hall effect; (2) Make use of curve metasurfaces to realize manipulating the orbit angular momentum of the surface wave, and further manipulate the spin-orbit coupling the surface wave.

特异介质表面是由超薄亚波长人工微结构组成的非均匀表面，通过对结构的透射或反射相位分布的特殊设计，可以任意实现对于电磁波动量、自旋角动量（偏振）和轨道角动量等的调控，更重要的是特异介质表面还可以将传播波转换为表面波。近几年的研究发现，表面波具有特殊的横向动量和角动量，并具有特殊的自旋霍尔效应，因此实现对表面波的调控就显得尤为重要和紧迫。申请人拟利用自身多年来在特异介质研究方面的工作积累，结合理论、模拟、制备和实验来研究特异介质表面对表面波（或表面等离子体激元）的调控。为此我们将开展如下研究：（1）理论设计和实验制备出真实的特异介质表面对表面波的动量、自旋角动量的进行调控，实现具有特殊偏振的表面波及自旋霍尔效应等；（2）利用卷曲的特异介质表面，实现对表面波的轨道角动量的调控，从而可以进一步调控表面波的自旋轨道耦合等效应。

特异介质表面是由超薄亚波长人工微结构组成的非均匀表面，通过对结构的透射或反射相位分布的特殊设计，可以任意实现对于电磁波动量、自旋角动量和轨道角动量等的调控。众所周知，在单个设备中实现多种多样化的功能对于电磁集成至关重要。我们首先提出并设计了多种高效的双功能特异介质表面，进一步的，我们还设计并实验验证了三功能的特异介质表面。我们还整理了一篇关于多功能特异介质的综述文章。另外，由于涡旋光束携带轨道角动量，因此涡旋光束发生器有望提高传输数据速率并扩大通信容量。基于特异介质表面，我们分别实现了高效的、宽带的涡旋光束发生器，并设计了一种双模式的涡旋光束发生器。基于以上的研究，我们将特异介质表面和微管谐振腔结合起来，还研究了这种新型谐振腔的特殊性质，并实现了对表面波轨道角动量的控制，为进一步实现表面波的自旋和轨道角动量耦合奠定一些理论基础。