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Wavevector and Frequency Multiplexing Performed by a Spin‐Decoupled Multichannel Metasurface
Advanced Materials Technologies ( IF 6.4 ) Pub Date : 2019-12-01 , DOI: 10.1002/admt.201900710 He‐Xiu Xu 1 , Guangwei Hu 2 , Menghua Jiang 2 , Shiwei Tang 3 , Yanzhao Wang 1 , Chaohui Wang 1 , Yongjun Huang 4 , Xiaohui Ling 5 , Haiwen Liu 6 , Jiafeng Zhou 7
Advanced Materials Technologies ( IF 6.4 ) Pub Date : 2019-12-01 , DOI: 10.1002/admt.201900710 He‐Xiu Xu 1 , Guangwei Hu 2 , Menghua Jiang 2 , Shiwei Tang 3 , Yanzhao Wang 1 , Chaohui Wang 1 , Yongjun Huang 4 , Xiaohui Ling 5 , Haiwen Liu 6 , Jiafeng Zhou 7
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Achieving kaleidoscopic wavefront controls with a thin flat plate is pivotal for increasing data capacity yet still challenging in integrated optics. An anisotropic metasurface provides an efficient recipe primarily for linear polarization, but is less efficient for multiple functionalities at arbitrary spin states. Here, a strategy of realizing a spin‐decoupled high‐capacity multifunctional metasurface by multiplexing the frequency and wavevector degree of freedom (DoF) is reported. By integrating both geometric and dynamic phases in split ring resonators and crossbars in a chessboard configuration, the inherent limitation of spin‐flipped Pancharatnam–Berry phases can be completely decoupled between two spin states. Such released extraordinary DoF unprecedentedly increases the capability to yield kaleidoscopic wavefront control. To verify the significance, two proof‐of‐concept metadevices that are nearly impossible in conventional metasurfaces are experimentally demonstrated with four‐port wavefront manipulations, exhibiting spin‐, frequency‐, and wavevector‐dependent anomalous reflections, lensing, orbital angular momentum generation, and wavevector‐multiplexed vortex scattering, along with two‐dimensional holograms. Both numerical and experimental results illustrate quad‐distinct functionalities with up to ten channel beams and ≈93% efficiency, because of the completely suppressed crosstalk among different operation modes, angular wavevectors, and spins. The finding in triple‐DoF multiplexing is expected to generate great interest in electromagnetic integration with emerging DoFs.
中文翻译：
自旋解耦的多通道超颖表面执行的波矢和频率复用
用薄的平板实现万花筒波前控制对于提高数据容量至关重要，但在集成光学系统中仍然具有挑战性。各向异性的超表面主要为线性极化提供了有效的方法，但对于任意自旋状态下的多种功能而言，效率较低。在此，报告了一种通过多路复用频率和波矢量自由度（DoF）来实现自旋解耦的大容量多功能超表面的策略。通过将几何相位和动态相位集成在棋盘配置的开环谐振器和交叉开关中，自旋翻转的Pancharatnam–Berry相的固有局限性可以在两个自旋状态之间完全解耦。这样发布的非凡DoF前所未有地提高了产生万花筒波前控制的能力。为了验证其重要性，我们通过四端口波前操纵实验演示了在传统超表面中几乎不可能实现的两种概念验证元设备，这些设备具有自旋，频率和波矢量相关的异常反射，透镜，轨道角动量生成，以及波矢多路复用的涡旋散射以及二维全息图。数值和实验结果都说明了具有多达十个通道光束和≈93％效率的四分之一功能，这是由于不同操作模式，角波矢量和自旋之间的串扰被完全抑制了。三自由度多路复用的发现有望引起人们对与新兴自由度的电磁集成的浓厚兴趣。通过四端口波前操纵实验证明了在传统超表面中几乎不可能实现的两种概念验证元设备，这些设备具有自旋，频率和波矢量相关的异常反射，透镜，轨道角动量生成和波矢量多路复用涡旋散射，以及二维全息图。数值和实验结果都说明了具有多达十个通道光束和≈93％效率的四分之一功能，这是由于不同操作模式，角波矢量和自旋之间的串扰被完全抑制了。三自由度多路复用的发现有望引起人们对与新兴自由度的电磁集成的浓厚兴趣。通过四端口波前操纵实验证明了在传统超表面中几乎不可能实现的两种概念验证元设备，这些设备具有自旋，频率和波矢量相关的异常反射，透镜，轨道角动量生成和波矢量多路复用涡旋散射，以及二维全息图。数值和实验结果都说明了具有多达十个通道光束和≈93％效率的四分之一功能，这是由于不同操作模式，角波矢量和自旋之间的串扰被完全抑制了。三自由度多路复用的发现有望引起人们对与新兴自由度的电磁集成的浓厚兴趣。以及与波矢有关的异常反射，透镜，轨道角动量的产生以及波矢多路复用的涡旋散射以及二维全息图。数值和实验结果都说明了具有多达十个通道光束和≈93％效率的四分之一功能，这是由于不同操作模式，角波矢量和自旋之间的串扰被完全抑制了。三自由度多路复用的发现有望引起人们对与新兴自由度的电磁集成的浓厚兴趣。以及与波矢有关的异常反射，透镜，轨道角动量的产生以及波矢多路复用的涡旋散射以及二维全息图。数值和实验结果都说明了具有多达十个通道光束和≈93％效率的四分之一功能，这是由于不同操作模式，角波矢量和自旋之间的串扰被完全抑制了。三自由度多路复用的发现有望引起人们对与新兴自由度的电磁集成的浓厚兴趣。由于完全抑制了不同工作模式，角波矢量和自旋之间的串扰。三自由度多路复用的发现有望引起人们对与新兴自由度的电磁集成的浓厚兴趣。由于完全抑制了不同工作模式，角波矢量和自旋之间的串扰。三自由度多路复用的发现有望引起人们对与新兴自由度的电磁集成的浓厚兴趣。
更新日期：2020-01-13
中文翻译：
自旋解耦的多通道超颖表面执行的波矢和频率复用
用薄的平板实现万花筒波前控制对于提高数据容量至关重要，但在集成光学系统中仍然具有挑战性。各向异性的超表面主要为线性极化提供了有效的方法，但对于任意自旋状态下的多种功能而言，效率较低。在此，报告了一种通过多路复用频率和波矢量自由度（DoF）来实现自旋解耦的大容量多功能超表面的策略。通过将几何相位和动态相位集成在棋盘配置的开环谐振器和交叉开关中，自旋翻转的Pancharatnam–Berry相的固有局限性可以在两个自旋状态之间完全解耦。这样发布的非凡DoF前所未有地提高了产生万花筒波前控制的能力。为了验证其重要性，我们通过四端口波前操纵实验演示了在传统超表面中几乎不可能实现的两种概念验证元设备，这些设备具有自旋，频率和波矢量相关的异常反射，透镜，轨道角动量生成，以及波矢多路复用的涡旋散射以及二维全息图。数值和实验结果都说明了具有多达十个通道光束和≈93％效率的四分之一功能，这是由于不同操作模式，角波矢量和自旋之间的串扰被完全抑制了。三自由度多路复用的发现有望引起人们对与新兴自由度的电磁集成的浓厚兴趣。通过四端口波前操纵实验证明了在传统超表面中几乎不可能实现的两种概念验证元设备，这些设备具有自旋，频率和波矢量相关的异常反射，透镜，轨道角动量生成和波矢量多路复用涡旋散射，以及二维全息图。数值和实验结果都说明了具有多达十个通道光束和≈93％效率的四分之一功能，这是由于不同操作模式，角波矢量和自旋之间的串扰被完全抑制了。三自由度多路复用的发现有望引起人们对与新兴自由度的电磁集成的浓厚兴趣。通过四端口波前操纵实验证明了在传统超表面中几乎不可能实现的两种概念验证元设备，这些设备具有自旋，频率和波矢量相关的异常反射，透镜，轨道角动量生成和波矢量多路复用涡旋散射，以及二维全息图。数值和实验结果都说明了具有多达十个通道光束和≈93％效率的四分之一功能，这是由于不同操作模式，角波矢量和自旋之间的串扰被完全抑制了。三自由度多路复用的发现有望引起人们对与新兴自由度的电磁集成的浓厚兴趣。以及与波矢有关的异常反射，透镜，轨道角动量的产生以及波矢多路复用的涡旋散射以及二维全息图。数值和实验结果都说明了具有多达十个通道光束和≈93％效率的四分之一功能，这是由于不同操作模式，角波矢量和自旋之间的串扰被完全抑制了。三自由度多路复用的发现有望引起人们对与新兴自由度的电磁集成的浓厚兴趣。以及与波矢有关的异常反射，透镜，轨道角动量的产生以及波矢多路复用的涡旋散射以及二维全息图。数值和实验结果都说明了具有多达十个通道光束和≈93％效率的四分之一功能，这是由于不同操作模式，角波矢量和自旋之间的串扰被完全抑制了。三自由度多路复用的发现有望引起人们对与新兴自由度的电磁集成的浓厚兴趣。由于完全抑制了不同工作模式，角波矢量和自旋之间的串扰。三自由度多路复用的发现有望引起人们对与新兴自由度的电磁集成的浓厚兴趣。由于完全抑制了不同工作模式，角波矢量和自旋之间的串扰。三自由度多路复用的发现有望引起人们对与新兴自由度的电磁集成的浓厚兴趣。
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