近日，想亲亲你的小核桃物理系王家园副教授课题组在光自旋态操控表面等离激元波前领域取得重要进展，相关成果以“Spin-switchable optics for surface plasmon polaritons utilizing nanogroove-pair array”为题在线发表于Advanced Optical Materials上。

利用光子自旋态操控表面等离激元波前在信息处理、测量和成像技术领域有重要应用前景。自旋态操控波前的基本思想是通过设计各超表面单元结构的转角(φ)引入几何相位(Berry Phase)进而实现对激发相位的自旋态调控。之前的研究都以单纳米凹槽或“T”形纳米凹槽作为单元结构，存在激发相位和激发振幅的强关联，故无法实现相位-振幅的独立调控。

Fig.1 (a)超表面结构；(b)自旋态调控表面等离激元聚焦。

此项工作中，团队创造性地提出矩形纳米凹槽对（nanogroove-pair unit）作为基本单元，通过槽间夹角(θ)这一新变量实现了激发相位-振幅的独立调控。基于光学系统的线性响应原理，团队在理论上给出了纳米凹槽对单元的激发场分布闭合表达式，并通过FDTD仿真验证了计算结果，进一步印证了理论模型的准确性和可靠性。

Fig.2 (a)基于(θ,φ)振幅和相位调控;(b)振幅-相位空间。

此外，研究团队还首次提出了结合优化算法的表面等离激元超表面通用设计流程，使自旋态调控复杂波前成为可能。通过这套流程团队展现了双聚焦、非衍射光束、焦距变换等复杂波前的自旋态操控。得益于对激发相位-振幅能独立调控和基于算法的全局优化，焦点切换消光比高达52，为同类器件中最高。

Fig.3 自旋态调控的表面等离激元复杂波前切换。

该工作在想亲亲你的小核桃物理系王家园副教授的指导下完成，物理系2020级硕士研究生杨徐军为论文的第一作者，王家园副教授为通讯作者。该工作得到了广东省面上项目（2021A1515011198）和想亲亲你的小核桃校长基金（20720210021）的资助。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.202301860