Analysis of the Pancharatnam-Berry phase of vector vortex states using the Hamiltonian based on the Maxwell-Schrödinger equation
从非均匀各向异性介质的Maxwell-薛定谔方程得到的“真”哈密顿量出发，导出了矢量涡旋态的Berry联系，并在实验上实现了相应的Pancharatnam-Berry（PB）几何相位的测量. VVS的PB相（PBP）可分为均相和非均相。均匀和非均匀的偏振带隙分别与传统的偏振带隙和由IA介质（如偏振转换器）给出的空间相关的几何相位有关。我们从理论上探测到非均匀PBP积累源于混合阶庞加莱球的规范依赖性，这为理解光学自旋-轨道角动量转换提供了另一种方法。首次明确观察到的均匀PBP对量子态操纵和信息处理具有重要意义。
2016-02-08 physics.optics
Waveguiding driven by the Pancharatnam-Berry phase
我们理论和数值研究的基础上的Pancharatnam-Berry相位，通过纵向周期旋转的光轴在横向扭曲的双折射介质的波导的属性。在本文中，我们研究的情况下，选择的纵向调制的周期，使净积累的几何相位在传播中发生。首先，解决了不同的贡献之间的相互作用的光学潜力。其次，在数值模拟中观察到准模的偏振结构的连续演化。我们解释它的平面波为基础的模型和规范变换的组合。我们发现，除了纵向振荡，准模式的偏振也通过其横截面变化。概述了带电粒子在磁场中运动的类比。
2022-09-05 physics.optics
Generation of perfect vortex and vector beams based on Pancharatnam-Berry phase elements
理想涡旋光束是具有固定环形光强的轨道角动量（OAM）光束，它比传统的拉盖尔-高斯光束提供了更好的OAM源。然而，获得理想涡旋光束的普通方案通常体积庞大且不稳定。我们在这里展示了一种新的生成方案，通过设计平面Pancharatnam-Berry（PB）相元素，以取代所有需要的元素。与传统的基于反射或折射元件的方法不同，PB相位元件可以大大减小系统的体积。此外，PB相元方案易于发展，以产生理想的矢量光束。因此，我们的方案可以为集成光通信和微操作系统提供突出的涡旋和矢量源。
2017-02-03 physics.optics
Human psychophysical discrimination of spatially dependant Pancharatnam-Berry phases in optical spin-orbit states
我们测试了人类观察者的能力，以区分不同的配置文件的空间相关的几何相位时，直接观看固定的结构光束。与会者观看了偏振耦合轨道角动量（OAM）状态，或"自旋轨道“状态，其中OAM是通过Pancharatnam-Berry阶段诱导的。在这些光束中，偏振和OAM之间的耦合表现为空间相关的偏振。均匀极化的区域被认为是专门定向的海丁格刷，研究参与者根据这些刷的空间方向的旋转对称性区分两个自旋轨道状态。参与者使用自发的眼球运动来防止对视觉刺激的适应。经过初步训练，参与者能够正确区分两种自旋轨道状态，由OAM $=\pm1$区分，平均成功概率为$69\%$（$S.D. = 22\%$，$p = 0.013$）。这些结果支持了我们之前的观察，即人类观察者可以直接感知自旋轨道状态，并将这一发现扩展到非旋转光束，通过Pancharatnam-Berry相位诱导的OAM模式，以及OAM区分的状态。
2020-10-19 physics.optics
Interplay between diffraction and the Pancharatnam-Berry phase in inhomogeneously twisted anisotropic media
本文讨论了非均匀各向异性材料中电磁场的传播，其中光轴在横向平面内旋转，但沿传播方向不变。在这样的配置中，电磁波包的演化由潘查拉特南-贝里相位（PBP）控制，负责有效光子势的出现。在最近的一篇论文[A。Alberucci等人，“Electromagnetic confinement via spin-orbit interaction in anisotropic bonding”，ACS Photonics \textbf{3}，2249（2016）]，我们证明了有效势支持横向限制。在这里，我们发现的准模式的轮廓，并表明，光子势产生的Kapitza效应的光。数值模拟证实了理论结果，占介质双折射。最后，我们详细分析了能够支持非泄漏导模的配置。
2017-03-06 physics.optics
Realization of Tunable Photonic Spin Hall Effect by Tailoring the Pancharatnam-Berry Phase
光子自旋霍尔效应（SHE）领域的最新发展为光学参数（折射率、厚度等）的有利测量提供了新的机会。纳米结构，并使自旋为基础的光子学应用在未来。然而，它仍然是一个挑战，以开发一个可调谐的光子SHE与任何所需的自旋相关的分裂的自旋极化光子的产生和操纵。在这里，我们实验证明了一个方案，实现光子SHE可调剪裁的空间变化的潘查拉特南-贝里相位（PBP）。结果表明，光束的偏振与可调的空间不均匀性可以有助于转向的空间变化的PBP创建一个自旋相关的几何相位梯度，从而可能实现可调的光子SHE与任何所需的自旋相关的分裂。我们的方案提供了一个方便的方法来操纵自旋光子。所得结果可以推广到具有类似拓扑起源的其它物理系统。
2014-06-29 physics.optics
Pancharatnam-Berry phase induced spin-selective transmission in herringbone dielectric metamaterials
操纵光的偏振对于传感和成像应用至关重要。一个这样的方面特别是当光透射通过介质或装置时一个圆偏振（自旋）的选择性透射。然而，实现这一点的大多数现有方法具有相对低的效率和选择性，而高选择性的示例依赖于有损耗的和复杂的三维螺旋或多层结构。在这里，我们提出了一种电介质超材料的方法来实现电磁波的自旋选择性传输，利用自旋控制的建设性或相消干涉之间的两个Pancharatnam-Berry（PB）相结合的传播动态相位。由单片硅人字形结构组成的电介质超材料在太赫兹范围内表现出宽带操作，同时获得高达60%的自旋选择效率。这样的装置是坚固的并且不容易由于制造中的误差而劣化。
2016-10-01 physics.optics
Pancharatnam Berry Phase as the Origin of Vector Nature Observed in Hermite Gaussian Superposition States
Graduate School of Engineering, Chiba University（千叶大学研究生院）；Molecular Chirality Research Centre, Chiba University（千叶大学分子手性研究中心）；Institute for Advanced Academic Research, Chiba University（千叶大学高级学术研究院）
Hermite高斯叠加态中向量性质的起源源于径向不均匀强度分布和偏振依赖的Pancharatnam Berry相位。
2026-03-03 physics.optics
On-demand longitudinal transformations of light beams via an amplitude-phase-decoupled Pancharatnam-Berry phase element
本文提出棋盘编码的Pancharatnam-Berry相位元件，实现振幅与相位同时调制，并结合液晶q板和波片首次实现传播变换光学斯格明子及多种光束的按需纵向变换。
2025-05-09 physics.optics
Second-harmonic imaging of plasmonic Pancharatnam-Berry phase metasurfaces coupled to monolayers of WS2
频率转换的非线性过程，如二次谐波产生（SHG），通常遵循一定的选择规则，这是由于保持不同种类的物理量，例如，角动量对于由单层过渡金属二硫属化物（TMDC）如WS 2产生的SHG，谷激子锁定选择规则预测了交叉偏振态的SHG信号。通过将等离子体纳米结构与TMDC单层相结合，实现了由于额外的偏振转换过程而影响该非线性过程的混合超颖表面。在这里，我们观察到，等离子体超颖表面修改与TMDC的光-物质相互作用，导致相对于入射场共偏振的SHG信号，这通常是禁止的TMDC单层。我们通过将等离子体纳米棒放置在单层WS 2的顶部来制造这样的混合超颖表面，并研究了这种系统在不同参数（例如波长和偏振）下的谷激子锁定SHG发射。此外，我们显示了潜在的混合元表面定制的非线性过程中添加额外的相位信息的SHG信号使用Pancharatnam-Berry相位效应。这允许将SHG发射直接定制到远场。
2020-04-08 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Spin photonics and spin-photonic devices with dielectric metasurfaces
具有空间变化的双折射和高传输效率的电介质超颖表面可以表现出控制光子自旋态的特殊能力。本文介绍了我们在超表面自旋光子学和自旋光子器件方面的一些工作。我们发展了一个混合阶庞加莱球来描述超颖表面中波传播的自旋态的演化。证明了混合阶庞加莱球上的Berry曲率和Pancharatnam-Berry相位都与总角动量的变化成正比。基于Pancharatnam-Berry相位的自旋相关性质，我们发现当超颖表面的旋转对称性破缺时，可以观察到光子自旋霍尔效应。此外，我们表明，介电超颖表面可以提供很大的灵活性，在设计新的自旋光子器件，如自旋过滤器和自旋相关的分束器。
2015-07-16 physics.optics
Nonreciprocal Pancharatnam-Berry Metasurface for Unidirectional Wavefront Manipulation
提出利用 YIG 磁光效应与 PB 几何相位协同的亚波长非互易超表面，实现圆偏振光高隔离及单向光束偏转与聚焦。
2024-03-03 physics.app-ph physics.optics
Flat polarization-controlled cylindrical lens based on the Pancharatnam-Berry geometric phase
普通折射透镜的工作原理可以用它们引入的空变光学相位延迟来解释，这些相位延迟重塑光学波前曲率，从而影响随后的光传播。这些相位又是由于光在相对于透镜中心的不同横向位置处看到的变化的光程长度。然而，当通过完全不同的机制引入光学相位时，可以获得类似的透镜行为。在这里，我们考虑的“几何相位”所产生的偏振变换发生在各向异性光学介质，命名后Pancharatnam和Berry。介质各向异性轴在横向平面中是空间变化的，并且由此产生的变化的几何相位引起波前整形和透镜效应，然而这也取决于输入偏振。我们描述了圆柱形几何相位透镜的实现和表征，该透镜对于给定的输入圆偏振态是会聚的，并且对于正交的圆偏振态是发散的，这提供了基于几何相位的光学元件的最简单的可能的例子之一。所展示的透镜是平的，只有几微米厚（不包括支撑衬底）;此外，它的工作波长可以调谐，透镜可以通过外部控制电场的作用打开和关闭。通过类似的方法可以获得引起不同波前畸变的其他种类的透镜或更一般的相位元件。除了它们的光电技术潜力，这些设备提供了很好的机会，介绍大学水平的学生现代物理学的一个先进的主题，如贝里阶段，与有趣的光学演示的帮助。
2017-03-03 physics.optics
Nano-fabrication and characterization of silicon meta-surfaces provided with Pancharatnam-Berry effect
在本文中，实施的光学元件的形式Pancharatnam-Berry光学被认为是。关于3D体光学和衍射光学，作用于光的动态相位，Pancharatnam-Berry光学元件通过局部操纵入射光束的偏振状态来传递本质上是几何的相位。它们可以被实现为空间变化的亚波长光栅，表现得像不均匀的形状双折射材料。我们提出了一个全面的工作的模拟，实现，和光学特性在电信波长为1310 nm的本构线性光栅单元，其制造已被微调，以获得π相位延迟，并获得最大的衍射效率。由于硅的透明性，红外区域中的光学设计允许使用硅作为候选材料。为了证明组装单个光栅单元以产生更复杂的相位图案的可能性，考虑了两个Pancharatnam-Berry光学元件的实现：闪耀光栅和光学涡旋解复用器。
2018-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Large depth of range Maxwellian-viewing SMV near-eye display based on a Pancharatnam-Berry optical element
为了克服AR显示中调节和会聚（A-C）的矛盾，提出了一种基于Pancharatnam-Berry光学元件（PBOE）的Maxwellian-viewing-super-multi-view（MV-SMV）近眼显示系统。PBOE由一组高效率的偏振光栅构成，实现了将不同的视图同时指向不同的方向，构建了3D光场。同时，每个视图就像一个麦克斯韦视图显示器，拥有一个小的视点和一个大的景深（DOF）。因此，MV-SMV显示器可以在大DOF内显示具有正确调节深度线索的虚像。我们分别使用1D PBOE和2D PBOE实现了具有3 x 1和3 x 2视点的概念验证MV-SMV显示原型，并通过实验实现了4.37屈光度的自由度。
2021-05-17 eess.IV physics.optics
Pancharatnam-Berry phase optical elements for wavefront shaping in the visible domain: switchable helical modes generation
本文报道了Pancharatnam-Berry位相光学元件的研制[Z.博姆宗湾Biener，V. Kleiner，and E. Hasman，Opt. Lett. \textbf{27}，1141（2002）]，用于基于图案化液晶技术在可见光谱域中工作的波前整形。该器件产生可见光的螺旋模式，通过控制输入圆偏振的旋向性，可以在相反的螺旋度之间进行电光切换。通过级联这种方法，可以实现多个波前螺旋度之间的快速切换，具有潜在的应用于多态光学信息编码。本文所提出的方法可以推广到其他偏振控制的波前整形器件，如可切换透镜、分束器和全息元件。
2007-12-01 cond-mat.soft physics.optics quant-ph
Deciphering Pancharatnam's discovery of geometric phase
针对Pancharatnam1956年发现的几何相位因论文晦涩常被误读的问题，梳理其原始推导并关联近年研究，助力学界准确理解这篇经典工作。
2023-01-11 physics.optics quant-ph
Interfering with Interference: a Pancharatnam Phase Polarimeter
传统的杨氏双缝实验的一个简单变化可以证明偏振光干涉的几个微妙之处，包括贝里和潘查拉特南的相位。由于条纹的位置取决于输入光的偏振状态，因此该装置也可以用于测量光的偏振，而无需四分之一波片或光强度的精确测量。原则上，这种技术可以用于任何波长的光子，只要可以有效地抑制入射辐射。
2002-03-06 physics.optics
Breaking of reciprocity and the Pancharatnam-Berry phase for light scattered by a disordered cold atom cloud
本文利用偏振操控元件的非对易性，在无序冷原子云散射光中实现互易性破缺，通过条纹对比度降低和位移观测Pancharatnam-Berry相位，为操控无序介质散射光的路径干涉奠定基础。
2024-01-11 physics.optics quant-ph
Total angular momentum sorting in the telecom infrared with silicon Pancharatnam-Berry transformation optics
轨道角动量（OAM）和偏振的并行排序最近在从电信到高维量子密码学的广泛领域中获得了极大的重要性和兴趣。由于其固有的偏振敏感的光学响应，作用于几何相位的光学元件被证明对于借助于单个光学平台处理具有正交偏振状态的结构化光束是有用的。在这项工作中，我们提出了设计，制造和测试的Pancharatnam-Berry光学元件在硅实现对数极化光学变换在1310 nm的OAM分选机的实现角动量和线性动量状态之间的保角映射的基础上。超颖表面以连续变化的亚波长光栅的形式实现，从而在相位图案的定义中提供高分辨率。一个混合装置被制造组装的超表面的几何相位控制与多级衍射光学的偏振无关的操纵的动态相位。光学表征证实了同时分选轨道角动量和圆偏振的能力。
2019-02-04 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Photonic spin Hall effect in metasurfaces with rotational symmetry-breaking
在具有旋转对称性破缺的介质基超颖表面中观察到了光子自旋霍尔效应。我们发现自旋相关的分裂是实位置空间中唯一的角分裂，并归因于空变的Pancharatnam-Berry相（PB）。通过入射光束和超颖表面的中心轴的未对准打破PB相的旋转对称性，可以观察到自旋相关的移位。我们发现，自旋相关的位移可以通过增加的旋转速率的超颖表面增强，所以超颖表面提供了一个很大的灵活性，在光子SHE的操作。
2014-08-04 physics.optics
Geometric phase from Aharonov-Bohm to Pancharatnam-Berry and beyond
每当一个量子系统经历一个由参数缓慢变化所控制的循环时，它就获得了一个相位因子：几何相位。其最常见的公式被称为Aharonov-Bohm，Pancharatnam和Berry阶段，但之前和之后的表现都存在。虽然传统上被认为是量子力学的基础，几何相位已经被推广，并在许多领域变得越来越有影响力，从凝聚态物理和光学到高能和粒子物理，从流体力学到引力和宇宙学。有趣的是，几何相位也为量子信息和计算提供了独特的机会。在这篇评论中，我们首先介绍Aharonov-Bohm效应作为一个重要的实现几何相位。然后，我们详细讨论了更广泛的含义，后果和实现的几何相位强调最重要的数学方法和实验技术中使用的几何相位的研究，特别是那些有关最近的作品在光学和凝聚态物理。
2019-12-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.optics
Topological transitions of the generalized Pancharatnam-Berry phase
本文利用光学平台实验演示并研究了单量子比特广义测量所诱导的广义 Pancharatnam-Berry 几何相位随测量强度发生的拓扑转变，证明其对协议推广和部分缺陷具有鲁棒性。
2022-11-15 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Full-color complex-amplitude vectorial holograms based on multi-freedom metasurfaces
相位、偏振、振幅和频率代表了光的基本维度，对于基本的光-物质相互作用和所有主要的光学应用都起着至关重要的作用。Metasurface作为一个紧凑的平台出现来操纵这些旋钮，但以前的Metasurface在同时控制它们方面的灵活性有限。在这里，我们介绍了一个多自由度的元表面，可以同时和独立调制相位，偏振和振幅的解析形式，并进一步实现频率复用的k空间工程技术。多自由度元表面无缝地结合了几何Pancharatnam-Berry相位和迂回相位，这两者都是频率无关的。其结果是，它允许复振幅矢量全息图在各种频率的基础上相同的设计策略，没有复杂的纳米结构搜索的大规模尺寸参数。基于这一原理，我们在实验上展示了具有金属-绝缘体金属架构的可见光中的全色复振幅矢量元全息图，通过超颖表面解锁了长期寻求的高级光场操纵的全部潜力。
2019-12-24 physics.optics
Nonlinear wavefront control by geometric-phase dielectric metasurfaces: Influence of mode field and rotational symmetry
非线性Pancharatnam-Berry相位超颖表面通过利用光子自旋相关的非线性几何相位来促进频率转换过程的非平凡相位调制。然而，由于等离子体纳米结构固有的高欧姆损耗和低损伤阈值，等离子体超颖表面在非线性频率转换方面显示出一些严重的限制。在这里，我们系统地研究了非线性几何相位与三次谐波产生过程中发生的全介质超颖表面，这是由不同的面内旋转对称的硅纳米鳍。我们发现，谐振基波场的不同场分量之间的波耦合引起所产生的三次谐波信号的不同的非线性几何相位的外观。我们的理论很好地解释了实验观察到的非线性光束转向和非线性全息实现的全介质几何相位超颖表面的工作。我们的工作提供了一个新的物理图片，以了解发生在纳米介质谐振器的非线性光学过程，并将有助于设计具有定制的相位特性的非线性超颖表面。
2020-04-09 physics.optics
Coherent control of optical spin-to-orbital angular momentum conversion in metasurface
我们提出并实验证明，由Pancharatnam-Berry相位光学元件组成的超颖表面可以完全控制光学自旋-轨道角动量转换。我们的方法依赖于超颖表面上的透射和反射之间的临界干涉，以通过对两个入射光束的相干控制来创建具有高输出的主动可调谐和可控转换。所介绍的控制方法是通用的，并可能是一个重要的一步，对实际应用的功能光学器件的发展。
2016-07-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Silicon metasurfaces for third harmonic geometric phase manipulation and multiplexed holography
非线性波前控制是利用超颖表面实现非线性光学应用的关键要求。非线性频率转换和波前控制的许多方面已经被证明用于等离子体超颖表面。然而，一些缺点限制了它们在非线性纳米光子学中的应用，包括高耗散损耗和低光学损伤阈值。相比之下，已经表明，由高折射率金属构成的超表面可以提供强的非线性响应。尽管最近在使用全介电纳米结构和超颖表面的非线性光学过程中取得了进展，但在直接利用生成过程实现完全波前控制方面取得的进展要少得多。在这里，我们展示了非线性波前控制的三次谐波产生与硅超颖表面。我们使用Pancharatnam-Berry相位方法对纳米结构硅超颖表面上的相位梯度和全息图像进行编码。实验证明了偏振相关的波前控制和编码全息图在三次谐波波长下的高保真再现。此外，我们表明，全息复用是可能的，通过利用三次谐波产生的偏振态。我们的方法简化了设计和制造过程，并铺平了道路，以一个易于使用的工具箱，非线性光学波前控制与全介质超颖表面。
2020-04-08 physics.optics
Design and experimental demonstration of impedance-matched circular polarization selective surfaces with spin-selective phase modulations
本文介绍了一种阻抗匹配的圆极化选择表面的设计和实验演示，它也提供了在微波频率的自旋选择性相位调制。我们实现这一点，利用理论的Pancharatnam-Berry相位和级联四张量阻抗层，每个包括一个阵列的交叉曲折线。这些曲折线被精确地调谐和旋转，以实现特定的张量表面阻抗值，以满足传输的右手圆极化场的阻抗匹配条件，同时诱导反射的左手圆极化场的Pancharatnam-Berry相移。我们提出了一个详细的数值合成技术，以获得满足阻抗匹配条件所需的阻抗值，并展示了自旋选择性相位调制的基础上Pancharatnam-Berry相移。为了验证所提出的想法，我们实验证明了近无反射传输的右旋圆极化在宽边和反射的左旋圆极化在30度关闭宽边在12 GHz。为此，分别采用自由空间准光学装置和近场测量系统来测量透射和反射圆偏振场。
2020-01-09 physics.app-ph physics.optics
Free Control of Far-Field Scattering Angle of Transmission Terahertz Wave using Multilayer Split-Ring Resonators Metasurfaces
为了提高Pancharatnam-Berry（PB）相位超颖表面的传输效率，提出了多层开口环谐振器来开发编码序列。根据广义斯涅耳定律，PB相位编码超颖表面的偏转角取决于超颖表面周期大小。因此，不可能设计一个无限小的元表面单元，从而不能获得连续的透射散射角。在数字信号处理中，本研究将傅立叶卷积原理引入编码元表面序列，以自由控制透射散射角。然后在两个不同的编码序列之间执行加法和减法操作，以实现散射角的连续变化。此外，我们建立了傅立叶卷积原理可以应用于棋盘编码的元表面。
2020-09-28 physics.app-ph physics.optics
Broadband Cross-Circular Polarization Carpet Cloaking based on a Phase Change Material Metasurface in the Mid-infrared Region
针对目前大多数隐身装置都集中于线偏振隐身，而对中红外隐身特性研究较少的现状，提出了一种中红外波段交叉圆偏振隐身地毯隐身装置。基于Pancharatnam Berry相位原理，精心设计了具有交叉圆极化梯度相位的单胞，并将其构造成一个超表面。为了实现可调谐交叉圆偏振地毯斗篷，在单元结构的设计中引入了相变材料。当相变材料处于非晶态和晶态时，所提出的超颖表面单元可以实现高效的交叉偏振转换，并且反射强度可以调节。根据地毯隐身的相位补偿原理，利用所设计的单元结构，构建了一种具有相位梯度的超表面隐身装置。从近场和远场的分布，交叉圆偏振隐身特性被证实在宽带波长范围内。提出的隐身装置可以有效地抵抗交叉圆偏振探测。
2022-03-04 physics.optics
Complete amplitude and phase control of light using broadband holographic metasurface
利用光的振幅和相位信息重建光的轮廓，称为全息术，是一种有吸引力的显示三维图像的光学技术。由于理想全息图的基本要求，振幅和相位的亚波长控制是至关重要的。然而，传统的全息装置受到其在可见光的振幅和相位两者中的不完全调制的有限能力的影响。在这里，我们提出了一种新的超颖表面，能够完全控制的幅度和相位分布的可见光独立的亚波长空间分辨率。基于潘查拉特南-贝瑞相的扩展概念，使用X形亚原子实现了幅度和相位的同时、连续和宽带控制。首次实现了具有亚波长分辨率的完整复振幅全息图的实验演示，并与传统的纯相位全息图相比，显示出显著的信噪比。我们的超颖表面具有多方面的优势，具有非凡的控制能力，为理想的全息术铺平了道路，这有望成为光学全息术和超颖表面领域的重大进步。
2017-06-29 physics.optics
Gateway to all-optical spin switching in Heusler ferrimagnets: Pancharatnam-Berry tensor and magnetic moment ratio
本研究提出以费米能级附近平带作为AOS门户态，引入三阶PB张量并结合亚晶格磁矩比，揭示Mn基Heusler亚铁磁体实现全光自旋翻转的判据。
2024-06-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Twist-enabled Transmissive Metasurface with Co-polarized Geometric Phase
提出一种通过局部扭转角实现同极化透射几何相位的宽带超表面，覆盖2π相位并保持圆偏振，实验验证了任意轨道角动量的宽带生成，为紧凑光学器件提供新方法。
2025-05-26 physics.optics
Generation of cylindrical vector vortex beams by two cascaded metasurfaces
提出了一种简单有效的基于两个级联超颖表面的任意柱面矢量涡旋（CVV）光束的产生方法。该超颖表面作为空间变化的Panchratnam-Berry相位元件工作，并且可以产生任何期望的涡旋相位和矢量偏振。第一超表面用于切换与涡旋相关联的拓扑电荷的符号，并且第二超表面用于操纵局部极化。这种方法允许我们同时操纵CVV光束的偏振和相位。
2014-07-22 physics.optics
On-chip optical wavefront shaping by transverse spin induced Pancharatanam-Berry phase
本文提出一种基于导波光固有横向自旋的新型Pancharatnam-Berry几何相位，通过旋转金属纳米棒实现表面等离激元波前调控，用于片上光操纵和超紧凑光学器件设计。
2024-02-06 physics.optics
Direct interferometric measurement of non-reciprocity induced by a plasmonic metasurface with false chirality
本文提出基于定制Sagnac装置的干涉技术，直接测量假手性等离子体超表面中反向传播表面等离子体激元产生的相反PB相位，从而灵敏检测非互易相位变化。
2025-06-10 physics.optics
Geometric-phase microscopy for high-resolution quantitative phase imaging of plasmonic metasurfaces with sensitivity down to a single nanoantenna
光学超颖表面已经成为多功能光学器件的新一代构建模块。超颖表面元件的设计和实现对复杂纳米天线阵列引入的相位变化的准确评估提出了越来越高的要求，该过程被称为定量相位成像。尽管付出了相当大的努力，宽场（非扫描）相位成像，将接近光学显微镜的分辨率极限，并表明一个单一的纳米天线的响应仍然是一个挑战。在这里，我们报告了一种新的策略，在非相干全息成像的超颖表面，其中前所未有的空间分辨率和光灵敏度，通过充分利用光的偏振选择性控制通过几何（Pancharatnam-Berry）相位。测量在由标准光学显微镜和附加成像模块组成的固有稳定的公共路径设置中进行。相位信息是从记录中可获得的互相干函数中获取的，该记录是通过来自超颖表面的散射光和泄漏光的自干涉在宽带空间非相干光中创建的。在校准测量中，相位映射的精度和空间背景噪声分别优于0.01 rad和0.05 rad。成像擅长的高空间分辨率，实验证明了精确的振幅和相位恢复的涡旋超透镜和超表面光栅与833线/毫米。由于优越的光灵敏度的方法，我们证明了，第一次，我们的知识，宽场测量的相位改变由一个单一的纳米天线，同时保持精度远低于0.15拉德。
2018-11-05 physics.optics
Nonlinear Nonlocal Metasurface for Harmonic Generation and Manipulation
本文提出一种支持准俘获模式的非线性非局域超表面，通过拓扑非对称全介质超原子实现三次谐波增强超三个数量级，并利用PB相位在基波和谐波波长处实现螺旋性依赖的波前控制。
2025-07-18 physics.optics
Artificial Perfect Electric Conductor-Perfect Magnetic Conductor Anisotropic Metasurface for Generating Orbital Angular Momentum of Microwave with Nearly Perfect Conversion Efficiency
轨道角动量（OAM）是电磁学和量子力学基础研究中一个很有前途的自由度。OAM具有无限的状态空间，在增强经典和量子通信信道容量方面具有巨大的潜力。通过探索Pancharatnam-Berry相位概念和在具有空间变化取向的超颖表面中设计各向异性散射体，具有零OAM的平面波可以转换为携带非零OAM的涡旋光束。本文提出了两种新型的PEC（perfect electric conductor）-PMC（perfect magnetic conductor）各向异性超颖表面。一个是由方位连续的环路，另一个是由方位不连续的偶极子散射体。两种类型的超颖表面都安装在蘑菇型高阻抗表面上。与先前用于生成OAM的元表面设计相比，所提出的元表面设计实现了近乎完美的转换效率。由于消除了电场的垂直分量，连续超颖表面在近场区域显示出非常平滑的相位图案，这是由离散散射体组成的对流超颖表面所不能实现的。另一方面，具有离散偶极散射体的超颖表面显示出极大的灵活性以产生具有任意拓扑电荷的OAM。我们的工作对高性能OAM生成具有根本性和实际意义。
2016-02-15 physics.class-ph physics.optics
Metasurface optical characterization using quadriwave lateral shearing interferometry
针对现有超表面表征多依赖光强测量的局限，提出采用四波横向剪切干涉法（QLSI），以高灵敏度和空间分辨率实现各类超表面的完整光学表征，并通过两类超表面的多种器件验证了该技术的通用性。
2020-08-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
Efficient frequency conversion with geometric phase control in optical metasurfaces
超表面由于其在剪裁波前方面的设计自由度而作为用于小型化功能非线性光学的通用平台出现。限制其在功能器件中应用的关键因素是转换效率低。最近，由高品质因数模式（连续介质中的准束缚态）或Mie模式控制的介电超颖表面（metasurfaces），使得能够实现强的光-物质相互作用，已经成为实现高非线性效率的多产途径。在这里，我们证明了一种有效的空间非线性相位控制的方法，通过使用Pancharatnam-Berry相位原理与高三次谐波转换效率的$10^{-4}$ $1/W^2$。我们发现，磁Mie共振似乎是三次谐波响应的主要贡献者，而在连续准束缚态的贡献是可以忽略的。这是证实了耦合非谐振子的基础上的唯象模型。此外，我们的超颖表面在实验上提供了高的衍射效率（80-90%）在两个偏振通道。我们展示了我们的方法的功能应用，通过实验重建编码偏振复用涡旋光束阵列与不同的拓扑电荷在第三谐波频率高保真。我们的方法具有潜在的可行性，为未来的片上非线性信号处理和波前控制。
2022-02-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Engineering monstar polarization disclination through geometric phase
本文提出了一种利用两束自由暗空心光束$FFDH^{m}_{q}$的相干共线叠加，通过Pancharatnam-Berry相位产生Monstar奇点的方法，光束的拓扑荷为$q$，对称阶为$m$ .利用闭合曲线的几何参数产生FFDH光束，以获得局部偏振方位角的非均匀旋转速率并产生monstar图案。我们报告的空间变化的偏振模式：径向和方位角一样，柠檬和明星一样的对称向错，和非对称monstar向错。我们目前的理论和测量，并发现两者之间的良好协议。
2023-02-09 physics.optics
Coriolis Effect in Optics: Unified Geometric Phase and Spin-Hall Effect
我们研究的自旋轨道耦合效应时出现的波携带的内在角动量与介质相互作用。Berry相位被证明是附加到波的非惯性参考系中科里奥利效应的表现。在最一般的情况下，当波的传播方向和状态都变化时，相位由统一自旋重定向Berry相位和Pancharatnam-Berry相位的简单表达式给出。该理论得到了实验的支持，实验证明了电磁波通过表面等离子体纳米结构的自旋轨道耦合。测量验证了统一的几何相位，所观察到的偏振相关的偏移（自旋霍尔效应）的波证明。
2008-10-13 cond-mat.other physics.optics
Miniaturized Metalens Based Optical Tweezers on Liquid Crystal Droplets for Lab-on-a-Chip Optical Motors
覆盖有多层纳米天线结构的表面，即所谓的超表面，最近已被证明能够完全控制光的相位。超透镜已经从超表面的发展中出现，为将传统透镜重新铸造成能够聚焦光的薄的平面光学部件提供了新的基础。利用电子束光刻技术在玻璃衬底上制作了由等离子体金纳米棒阵列构成的透镜。使用1064 nm激光通过焦距为800 $μ$ m的超透镜（基于Pancharatnam-Berry相位原理制造的$N.A. = 0.6$）产生高强度圆偏振光焦斑。我们证明，通过这种超透镜，在激光束中捕获的双折射双折射液晶液滴的光学旋转是可能的。双折射液滴的旋转确信，光学陷阱具有足够强的角动量的光从每个纳米结构的辐射，就像一个本地半波片，并引入一个依赖于方向的相位光。在这里，我们成功地创建了一个小型化和强大的超透镜为基础的光学镊子系统，能够旋转液晶液滴，以模仿未来的实验室芯片应用的光学马达。
2020-04-08 physics.optics
Geometric phase for twisted light
即使在没有双折射的情况下，在螺旋光纤中传播的光的偏振矢量也围绕其传播轴旋转。这种旋转通常被解释为自旋为1的光子的Pancharatnam-Berry相位。在这里，我们使用纯粹的几何方法来理解这种旋转。我们发现，类似的几何旋转也存在扭曲光携带轨道角动量（OAM）。相应的几何相位可以应用于基于光子OAM态的量子计算和量子传感。
2023-02-14 physics.optics quant-ph
Geometric Photonic Spin Hall Effect with Metapolarization
我们发展了一种几何光子自旋霍尔效应（PSHE），它表现为动量空间中自旋相关的位移。它起源于一个有效的空变Pancharatnam-Berry（PB）相位通过人工工程的入射光的偏振分布创建。与先前报道的涉及光-物质相互作用的PSHE不同，在几何PSHE中产生的自旋相关分裂纯粹是几何上依赖于光的偏振分布，光的偏振分布可以通过将其圆偏振基与适当的幅度和相位组合来定制。这种超极化思想使我们能够通过适当地剪裁光的偏振几何形状来操纵几何PSHE。我们的方案提供了极大的灵活性，在各种偏振几何的设计和偏振相关的应用，并可以外推到其他物理系统，如电子束或原子束，具有类似的自旋轨道耦合的基础。
2014-07-03 physics.optics
Riemann-Silberstein geometric phase in 4D polarization space
针对PB相位局限于二维偏振空间的问题，将几何相位推广至四维RS空间，提出可在任意偏振光中产生的RS相位，实验验证该框架并实现高维波前调控，为光与物质相互作用研究提供新视角。
2025-11-17 physics.optics
A liquid crystal geometric phase hyperbolic lens with a positive focal length for arbitrary circularly polarized incidence
本文提出并验证了一种基于 Pancharatnam-Berry 相位调制的液晶几何相位双曲透镜（LCHL），可对任意圆偏振光实现各向同性聚焦，在精确光场调制及生物医学成像等领域具有重要应用潜力。
2024-09-26 physics.optics
Realization of tunable spin-dependent splitting in intrinsic photonic spin Hall effect
报道了在本征光子自旋霍尔效应中实现可调谐自旋相关分裂。通过破坏圆柱形矢量光束的旋转对称性，矢量光束的两个自旋分量所携带的类似于几何Pancharatnam-Berry相位的本征涡旋相位在方位角方向上不再连续，并且导致在光束的相对边缘处观察到自旋积累。由于相位的固有性质和光与物质相互作用的独立性，所观察到的光子自旋霍尔效应是本征的。调制矢量束的拓扑荷，可以增强自旋相关的分裂，并且可以切换自旋积累的方向。我们的研究结果可能为自旋极化光子的产生和操纵提供一条可能的途径，并使基于自旋的光子学应用成为可能。
2014-10-13 physics.optics
Exploiting hidden singularity on the surface of the Poincaré sphere
针对共偏振系统波前整形难题，提出一种利用 Poincaré 球表面隐藏奇点实现近单位效率全 2π 相移的拓扑保护相位调制机制，并在微波频段多层超表面中验证，扩展了平面光学设计工具箱。
2025-03-02 physics.optics
Microscopic analysis of spin-momentum locking on a geometric phase metasurface
本文研究等离激元 Berry 超表面中的自旋-轨道耦合，通过散射形式体系揭示晶胞几何导致近似自旋-动量锁定，并结合 Mueller 偏振测量阐明表面波激发时的对称性破缺及新规则。
2023-04-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Torsional selection rule for the spin--orbit conversion of light
Universidade Federal do Maranhão（马拉尼昂联邦大学）
研究光自旋 - 轨道转换，指出标准介质通过各向异性指向矢转换，而有几何扭转的介质通过材料连接的扭曲转换，得出不同选择规则，模拟证实并提出鉴别器区分两种机制。
2026-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Single-shot measurement of space varying polarization state of light through interferometric quantification of geometric phase
带有空间变化偏振态的光束在均匀各向异性介质中传播时产生空间变化的Pancharatnam-Berry几何相位。我们表明，这种空间变化的几何相位的确定提供了一种独特的方式来量化的空间变化的光的偏振态，使用单次拍摄干涉测量。我们证明了这一概念的马赫-曾德尔干涉安排使用线性偏振的参考光束，在空间变化的偏振状态的全部信息被成功地恢复通过量化的空间变化的几何相位和干涉的对比度。所提出的方法使单次测量的任何空间变化的偏振态的光从测量的干涉图案与偏振参考光束。这种方法显示了在各种应用中瞬时映射复杂空间变化的光的偏振的相当大的潜力，例如天文学、生物医学成像、纳米光子学等，其中需要空间偏振图案的高精度和接近实时的测量。
2019-10-29 physics.optics
The connection between polarization calculus and four-dimensional rotations
我们回顾了著名的偏振光学矩阵方法，即，Jones和Stokes-Mueller演算，并展示了它们如何可以用四个独立电磁场求积的四维（4d）旋转来表示。由于4D旋转是一个更丰富的描述比传统的琼斯和斯托克斯-穆勒演算，有六个而不是四个自由度（DOF），我们提出了这些演算的扩展来处理所有六个DOF。对于斯托克斯-穆勒分析，这导致了一种新颖的和潜在有用的扩展，该扩展解释了光场的绝对相位，并且在感兴趣的光相位的领域（例如干涉测量或相干通信）中可能是有价值的。作为有用的例子，我们使用的形式主义来解释Pancharatnam阶段的平行运输，并显示其与Berry阶段的连接。此外，我们还表明，4d描述中的两个额外自由度代表了非物理变换，禁止传播光子，因为它们不遵守基本的量子力学玻色子对易关系。
2013-03-07 physics.optics
