Abstract Metasurfaces, composed of specifically designed subwavelength units in a two-dimensional plane, offer a new paradigm to design ultracompact optical elements that show great potentials for miniaturizing optical systems. In the past few decades, metasurfaces have drawn broad interests in multidisciplinary communities owing to their capability of manipulating various parameters of the light wave with plentiful functionalities. Among them, pixelated polarization manipulation in the subwavelength scale is a distinguished ability of metasurfaces compared to traditional optical components. However, the inherent ohmic loss of plasmonic-type metasurfaces severely hinders their broad applications due to the low efficiency. Therefore, metasurfaces composed of high-refractive-index all-dielectric antennas have been proposed to achieve high-efficiency devices. Moreover, anisotropic dielectric nanostructures have been shown to support large refractive index contrast between orthogonal polarizations of light and thus provide an ideal platform for polarization manipulation. Herein, we present a review of recent progress on all-dielectric metasurfaces for polarization manipulation, including principles and emerging applications. We believe that high efficient all-dielectric metasurfaces with the unprecedented capability of the polarization control can be widely applied in areas of polarization detection and imaging, data encryption, display, optical communication and quantum optics to realize ultracompact and miniaturized optical systems.

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用于极化操纵的全介电超表面：原理和新兴应用

摘要 由二维平面中专门设计的亚波长单元组成的超表面为设计超紧凑型光学元件提供了一种新范式，具有使光学系统小型化的巨大潜力。在过去的几十年里，超表面由于能够操纵具有丰富功能的光波的各种参数而引起了多学科社区的广泛兴趣。其中，与传统光学元件相比，亚波长尺度的像素化偏振操作是超表面的显着能力。然而，等离子体型超表面固有的欧姆损失由于效率低而严重阻碍了它们的广泛应用。所以，已经提出由高折射率全介电天线组成的超表面来实现高效器件。此外，各向异性介电纳米结构已被证明支持光的正交偏振之间的大折射率对比，从而为偏振操纵提供了理想的平台。在此，我们回顾了用于极化操纵的全介电超表面的最新进展，包括原理和新兴应用。我们相信，具有前所未有的偏振控制能力的高效全介电超表面可以广泛应用于偏振检测和成像、数据加密、显示、光通信和量子光学等领域，以实现超紧凑和小型化的光学系统。各向异性介电纳米结构已被证明支持光的正交偏振之间的大折射率对比度，因此为偏振操作提供了理想的平台。在此，我们回顾了用于极化操纵的全介电超表面的最新进展，包括原理和新兴应用。我们相信，具有前所未有的偏振控制能力的高效全介电超表面可以广泛应用于偏振检测和成像、数据加密、显示、光通信和量子光学等领域，以实现超紧凑和小型化的光学系统。各向异性介电纳米结构已被证明支持光的正交偏振之间的大折射率对比度，因此为偏振操作提供了理想的平台。在此，我们回顾了用于极化操纵的全介电超表面的最新进展，包括原理和新兴应用。我们相信，具有前所未有的偏振控制能力的高效全介电超表面可以广泛应用于偏振检测和成像、数据加密、显示、光通信和量子光学等领域，以实现超紧凑和小型化的光学系统。在此，我们回顾了用于极化操纵的全介电超表面的最新进展，包括原理和新兴应用。我们相信，具有前所未有的偏振控制能力的高效全介电超表面可以广泛应用于偏振检测和成像、数据加密、显示、光通信和量子光学等领域，以实现超紧凑和小型化的光学系统。在此，我们回顾了用于极化操纵的全介电超表面的最新进展，包括原理和新兴应用。我们相信，具有前所未有的偏振控制能力的高效全介电超表面可以广泛应用于偏振检测和成像、数据加密、显示、光通信和量子光学等领域，以实现超紧凑和小型化的光学系统。