Photonics Research_中国科学院光电技术研究所罗先刚_基于超表面矢量光束调制的高精度宽带偏振探测

Fig. 1. 基于超表面矢量光束发生器的偏振探测方案示意图。通过构建一个具有调制强度轮廓的矢量光束（该光束经检偏器后获得），其轮廓对入射偏振高度敏感且具有一一对应关系，即可实现偏振探测。插图展示了三种入射偏振态下强度轮廓的变化，白色椭圆和箭头表示入射偏振态。

Fig. 2. 基于 GPVVB 的偏振探测原理。(a) 在正交圆偏振光入射下，GPVVB 与 PVVB 的强度分布对比。GPVVB 在拼接节点处出现随入射圆偏振态变化的强度起伏，而 PVVB 的强度分布几乎不变。沿灰色箭头标注提取强度分布与角度的关系。(b) 通过提取受调制的 GPVVB 光环的强度-角度曲线，并以谷值 1–4 及拼接节点 5、6 为特征点，即可实现偏振探测。

Fig. 3. 所设计几何相位超表面 GPVVB 发生器的表征。(a) GPVB 的相位分布设计。(b) GPVVB 发生器的相位分布。(c) 制备所得超表面的快轴角度分布实测结果。比例尺：500 μm。(d) 飞秒激光诱导纳米孔扫描电镜（SEM）图像。白色箭头指示飞秒激光的入射偏振方向，始终垂直于纳米孔的长轴方向。比例尺：200 nm。(e) 实测制备超表面在 450–1100 nm 波长范围内的透射率超过 95%。插图展示器件照片。比例尺：10 mm。

Fig. 4. 532 nm 不同偏振光的高精度偏振探测。(a) 实验装置示意图。LP：线偏振片；QWP：四分之一波片；BE：扩束器；MS：超表面。(b) 对应不同偏振态（两种线偏振、两种圆偏振、两种椭圆偏振）的模拟与实验光强分布。比例尺：1 mm。(c) 从光强分布中提取的强度-角度曲线，实验与模拟结果高度一致。(d) 根据实验结果计算得到的斯托克斯参数，并以商用偏振仪的测量值为参考。

Fig. 5. 宽带偏振探测。(a) 在 473 nm、633 nm、808 nm 和 1064 nm 波长下，对应不同入射偏振光的实验强度分布。各波长处的强度分布保持良好一致性，展示了高度鲁棒的宽带偏振探测能力。比例尺：1 mm。(b) 从 (a) 中选出的两种偏振态在不同波长下的强度-角度分布结果。绿色虚线框内对应 y 线偏振，紫色虚线框内对应椭圆偏振。

Fig. 6. 径向矢量光束偏振轮廓探测。(a)、(b) 分别为 5 × 5 探测像素阵列的模拟与实验强度分布。白色虚线标示出强度谷值 1–4 的角度位置。比例尺：100 μm。(c) 偏振轮廓。黑色箭头表示理论计算的局域偏振矢量，红色箭头表示实测结果。黑色线条标出超表面探测阵列的各独立像素。

Fig. 7. 在LCP入射下模拟了不同拓扑电荷拼接对应的(a)光场分布和(b)强度-角度分布。

Fig. 8. 理论和实验透过率。

Fig. 9. 25种不同入射偏振态的测量光场轮廓结果。