Polarization optics plays a pivotal role in diffractive, refractive, and emerging flat optics, and has been widely employed in contemporary optical industries and daily life. Advanced polarization manipulation leads to robust control of the polarization direction of light. Nevertheless, polarization control has been studied largely independent of the phase or intensity of light. Here, we propose and experimentally validate a Malus-metasurface-assisted paradigm to enable simultaneous and independent control of the intensity and phase properties of light simply by polarization modulation. The orientation degeneracy of the classical Malus’s law implies a new degree of freedom and enables us to establish a one-to-many mapping strategy for designing anisotropic plasmonic nanostructures to engineer the Pancharatnam–Berry phase profile, while keeping the continuous intensity modulation unchanged. The proposed Malus metadevice can thus generate a near-field greyscale pattern, and project an independent far-field holographic image using an ultrathin and single-sized metasurface. This concept opens up distinct dimensions for conventional polarization optics, which allows one to merge the functionality of phase manipulation into an amplitude-manipulation-assisted optical component to form a multifunctional nano-optical device without increasing the complexity of the nanostructures. It can empower advanced applications in information multiplexing and encryption, anti-counterfeiting, dual-channel display for virtual/augmented reality, and many other related fields.

偏振光学器件在衍射，折射和新兴的平面光学器件中起着举足轻重的作用，已被广泛应用于当代光学工业和日常生活中。先进的偏振操作可对光的偏振方向进行可靠的控制。然而，已经研究了偏振控制在很大程度上与光的相位或强度无关。在这里，我们提出并通过实验验证了Malus-metasurface-assisted范例，可以通过偏振调制简单而同时且独立地控制光的强度和相位特性。经典马鲁斯定律的取向退化意味着新的自由度，使我们能够建立一对多映射策略来设计各向异性等离子体纳米结构，以设计Pancharatnam–Berry相轮廓，同时保持连续强度调制不变。因此，提出的Malus元设备可以生成近场灰度图案，并使用超薄和单尺寸的元表面投影独立的远场全息图像。这一概念为传统的偏振光学器件开辟了独特的尺寸，使人们可以将相位操纵的功能合并到振幅操纵辅助的光学组件中，从而形成多功能的纳米光学器件，而不会增加纳米结构的复杂性。它可以在信息多路复用和加密，防伪，用于虚拟/增强现实的双通道显示以及许多其他相关领域中支持高级应用程序。并使用超薄和单尺寸的超颖表面投影独立的远场全息图像。这一概念为传统的偏振光学器件开辟了独特的尺寸，使人们可以将相位操纵的功能合并到振幅操纵辅助的光学组件中，从而形成多功能的纳米光学器件，而不会增加纳米结构的复杂性。它可以在信息多路复用和加密，防伪，用于虚拟/增强现实的双通道显示以及许多其他相关领域中支持高级应用程序。并使用超薄和单尺寸的超颖表面投影独立的远场全息图像。这一概念为传统的偏振光学器件开辟了独特的尺寸，使人们可以将相位操纵的功能合并到振幅操纵辅助的光学组件中，从而形成多功能的纳米光学器件，而不会增加纳米结构的复杂性。它可以在信息多路复用和加密，防伪，用于虚拟/增强现实的双通道显示以及许多其他相关领域中支持高级应用程序。它允许将相位控制的功能合并到振幅控制辅助的光学组件中，以形成多功能的纳米光学器件，而不会增加纳米结构的复杂性。它可以在信息多路复用和加密，防伪，用于虚拟/增强现实的双通道显示以及许多其他相关领域中支持高级应用程序。它允许将相位控制的功能合并到振幅控制辅助的光学组件中，以形成多功能的纳米光学器件，而不会增加纳米结构的复杂性。它可以在信息多路复用和加密，防伪，用于虚拟/增强现实的双通道显示以及许多其他相关领域中支持高级应用程序。