光学超表面是精心设计的二维人工纳米结构，由精心设计的超薄人工原子阵列组成。这些表面拥有超越天然材料的能力，能够对电磁波进行多功能控制。

通过设计这些人造原子的形状、大小、旋转和位置，光学超表面可以以亚波长空间分辨率精确操纵电磁波，为光子学领域提供了巨大的潜在应用。

在众多应用中，利用光学超表面控制偏振态​​的研究最为深入。偏振编码多功能超表面的开发代表了光学技术的重大飞跃，使更广泛的功能能够集成到单个超表面中。

这种偏振编码集成是通过创新的人工原子设计和不同超表面区域的巧妙交织实现的，预示着光子学的新时代。超表面作为各种光学应用的多用途平台，体现了在更集成和动态可控的光学元件方面不断取得的进展。

尽管利用光学超表面在偏振态控制方面取得了重大进展，但当前的大多数超表面仅限于生成分布在有限数量的通道上的少数特定偏振态。

目前，在多个通道上可控地生成全套偏振态(例如左旋和右旋圆偏振光，以及不同方向的线性偏振光)的方法，以及实现不同通道内可切换偏振态的技术很少有报道。

为了应对这些挑战，发表在《光电进展》杂志上的一篇文章的作者提出了一种反射式金-硅-金等离子体超表面。这种创新设计具有六个随机交错的超表面区域，每个区域都能够同时以不同的反射角度输出和收集不同的偏振状态。

该设计方法允许在所有偏振通道上进行多向光束控制，并通过切换入射圆偏振光的自旋状态来实现输出通道中的偏振状态改变。

该设计包括一个纳米砖形半波片和四个纳米十字形四分之一波片。半波片可以将左旋圆偏振光转换为右旋圆偏振光，反之亦然。通过以 45° 为增量旋转半波片，可产生几何相位梯度，将与入射圆偏振光具有相同偏振状态的光的反射角分开。

四分之一波片以特定角度旋转，可将入射的圆偏振光转换为不同角度的线偏振光。这些波片提供线性相位梯度，将圆偏振光转换为 0°、45°、90° 和 135° 方向的线偏振光，然后以不同角度反射。

通过整合这些纳米级板并设计不同的旋转角度，超表面可以实现跨多个通道同时输出全套偏振状态。利用南丹麦大学纳米光学中心先进的微纳米制造和表征平台，研究人员通过实验验证了他们的超表面设计。

这项研究标志着偏振光学领域的重大进步，为开发紧凑、高效、强大的光学设备铺平了道路。这些纳米级波片的独特性质为从成像和传感到通信和其他先进光学技术等应用开辟了新途径。

这项技术的潜在影响是巨大的，为实现可动态控制的复杂光学系统带来了光明的未来，从而提高了各个学科光学元件的多功能性和性能。

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