哈佛大学的研究人员展示了一种利用超表面控制偏振光的新方法。这一新方法使研究人员能够设计出一幅全息图像，并在图像本身产生偏振可调响应，这一新方法将在成像、显微镜、显示器甚至天文学等不同领域得到应用。这项研究发表在《Science Advances》上。

 

图注，偏振分析全息图的示例。当用激光照明时，超表面全息图实现一个光根据其入射偏振状态定向的远场。在这个特殊的例子中，全息图被设计用来产生不同偏振状态的图示图案。来源：卡帕索（Capasso）实验室/哈佛工程与应用科学学院。

 

计算机生成全息图（CGH）的先驱阿道夫·洛曼（Adolf Lohmann）在1965年的一篇论文中指出，虽然“全息图 （Holography）”从希腊语翻译为“全部记录（Total recording）”，但“全息图并不是真正的全部记录，因为只记录一个振幅和一个相位，如果光是标量波，这就足够了。” 但在全息术和衍射光学的研究中，光的偏振常常被忽略。然而，各种全息材料和技术确实允许以空间变化的方式控制偏振。

在过去五十年左右的时间里，它们呈现出各种形式和名称，其中包括偏振全息图、偏振光栅、应力工程光学元件、各种液晶器件，以及最近的超表面。这些超表面，亚波长间隔的相移元件阵列，可能强烈形成双折射，是这项工作的具体重点和实施媒介。然而，在这里研究人员讨论的广义观点具有更广泛的适用性。

在近轴区域，通常是全息术和傅里叶光学中未说明的假设——传播因子，通常是傅里叶变换?, 将“近场”与“远场“相联系，“近场” 即全息图产生的具有相位和/或振幅分布的电场（但由于倏逝波，不要与光学近场混淆），“远场”，即期望的相位和/或振幅（尽管更常见的是，仅振幅）分布在许多波长之外的一些距离。

这里，为了清晰起见，“全息图”指的是改变物体的物理场，而不是远场中的全息图像，也可以更通俗地称为全息图。哈佛大学约翰保尔森工程和应用科学学院（SEAS）设计了一种超表面可以根据光的偏振状态操纵光。 研究表明它可以对无限数量的全息图像进行编码，或者基于大量偏振态在几乎无限数量的方向上操纵光。这项研究有助于偏振技术的进步，目前事实证明，超表面技术甚至比研究人员自己意识到的更强大。如今，研究人员已经发现了这些超表面中隐藏的潜力，并在一篇新论文中展示了能够以前所未有的控制程度操纵光的偏振状态的光学设备。

这一进展是普遍的，几乎可以应用于任何使用偏振光的光学系统，具体而言，这表明超表面可以用于新型激光系统，其输出光可以根据光的偏振状态进行设计，或者甚至可以用于望远镜系统，在望远镜系统中，类似类型的光学器件已经被用于帮助探测类地系外行星。

全息技术一直是记录和显示信息的一种流行技术，该项研究采用了全息术的基本原理，并对其进行了推广，大大扩展了这项经典技术的信息容量。接下来，研究人员的目标是更好地了解这些设备，包括如何在现实世界中应用它们。

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