面向集成光子学的漏波超表面

超表面正在迅速提升我们在紧凑、轻量器件中对光的多自由度的掌控能力。然而，迄今为止它们主要局限于操控自由空间中的光。光栅耦合器提供了连接远场光辐射与面内导波的机会，因而已成为光子集成电路中的基本构建模块。然而，其操作与光控制程度远不及超表面。在导波光子系统上集成超表面已被探索用于以增强的功能控制离片光散射——即逐点操控振幅、相位或偏振。然而，这些努力迄今最多局限于控制一或两个光学自由度，且器件构型比传统光栅耦合器复杂得多。在此，我们引入漏波超表面，其基于支持连续域中准束缚态的破缺对称性光子晶体 slab。该平台具有与传统光栅耦合器相当的紧凑外形，但能在大型孔径上完全掌控振幅、相位和偏振（四个光学自由度）。我们展示了基于漏波超表面在波长近 1.55 微米处工作的多种功能的实验演示，包括用于固定偏振态下的相位与振幅控制的器件，以及控制全部四个光学自由度的器件。我们的结果在超表面框架下融合了导波光学与自由空间光学领域，利用连续域中准束缚态的混合特性，为以颠覆性方式推进成像、通信、增强现实、量子光学、LIDAR 和集成光子系统带来机遇。