基于Pancharatnam-Berry几何相位的偏振控制平面柱透镜

普通折射透镜的工作原理可以通过其引入的空间变体光学相位延迟来解释，这些延迟重塑了光学波前曲率，从而影响后续的光传播。这些相位反过来是由光在相对于透镜中心的不同横向位置所经历的不同光程引起的。然而，当光学相位由完全不同的机制引入时，也可以获得类似的透镜行为。在此，我们考虑由各向异性光学介质中偏振变换产生的“几何相位”，以 Pancharatnam 和 Berry 的名字命名。介质各向异性轴在横向平面内呈空间变体分布，由此产生的变化几何相位引起波前重塑和透镜效应，但该效应也依赖于输入偏振。我们描述了一种柱面几何相位透镜的实现与表征，该透镜对给定的输入圆偏振态具有会聚作用，对正交偏振态具有发散作用，这提供了基于几何相位的最简单光学元件示例之一。所展示的透镜是平面的，厚度仅为几微米（不包括支撑基底）；此外，其工作波长可调谐，且可通过外部控制电场的作用开启和关闭透镜效应。通过类似方法可以获得其他类型的透镜或引起不同波前畸变的更一般的相位元件。除了在光电技术方面的潜力外，这些器件还提供了良好的机会，借助有趣的光学演示向大学水平学生介绍现代物理学的进阶主题，如 Berry 相位。