Spin-orbit interactions in optically active materials
研究了主轴局部非均匀旋转的各向异性介质中光偏振对光强分布的影响。而在一般情况下，这样的配置意味着一个复杂的几何和动态相位之间的相互作用，我们表明，在一个介质中显示出非均匀的圆双折射，几何相位消失。由于自旋-轨道相互作用，两个圆极化感知到相反的动态相位空间分布。基于这种效应，提出了偏振选择透镜、波导和光束偏转器。
2017-03-06 physics.optics
Tilting light's polarization plane to spatially separate the nonlinear optical response of chiral molecules on ultrafast timescales
区分手性分子（对映体）的左手和右手形式是至关重要的，但也是固有的困难。使用椭圆或圆偏振光的传统光学方法依赖于弱线性效应，这超出了电偶极近似，对时间分辨超快手性分子动力学造成了主要限制。在这里，我们展示了如何通过倾斜的强烈椭圆偏振光的超短脉冲的偏振平面，朝向其传播方向，我们可以把光场变成一个高效的手征光学工具。这种“前倾”可以通过将光束紧密聚焦来实现，从而产生在空间中表现出非平凡偏振模式的结构光。我们证明，我们的结构化领域使我们能够实现一个干涉仪，有效的手性识别，分离的非线性光学响应的左手和右手的分子在空间中。我们的工作提供了一种简单而高效的空间结构化光的偏振成像分子手性的方式，具有极高的对映体灵敏度和超快的时间尺度。
2022-06-07 physics.optics
Plasmonic metagratings for simultaneous determination of Stokes parameters
测量光的偏振态是一个固有的困难问题，因为正交偏振态之间的相位信息通常在检测过程中丢失。在这项工作中，我们带来了在适当设计的相位梯度双折射超颖表面的归一化斯托克斯参数和衍射对比度之间的等价性，并引入了全偏振双折射metagrates的概念。由三个交织的超表面组成的超折射允许人们通过进行同时（即，平行）测量相应的衍射强度，立即揭示了在检查中的偏振态的斯托克斯参数。基于在800 nm波长下反射的等离子体超颖表面，我们设计并实现了相位梯度双折射超颖表面和相应的超颖，而所制造的组件的实验表征令人信服地证明了预期的功能。我们预见到在任何感兴趣的频率范围内，在紧凑的偏振设置中使用变形。
2016-09-15 physics.optics
Spin Hall effect of light under arbitrarily polarized and unpolarized light
光的自旋霍尔效应（SHEL）是指在折射和反射现象中的自旋相关的横向分裂，其固有地取决于入射的偏振状态。以往的研究大多集中在水平或垂直偏振入射下，其位移的解析表达式是很好的，SHEL在位移和强度上都是对称的。然而，在任意偏振或非偏振入射下的SHEL仍然在很大程度上未被探索。而在其他偏振下的SHEL是敏感的入射偏振，是不对称的，在这里，我们证明了SHEL是独立的入射偏振和移位是对称的，如果两个线偏振的菲涅耳系数是相同的。的独立性相对于入射偏振的位移证明了解析和数值。此外，我们证明了在由大量完全随机偏振态组成的非偏振入射下，反射光束被分成两半，分成两个圆偏振分量，这两个分量经历相同的分裂量，但方向相反。这一结果表明，在非偏振入射下，SHEL发生完全相同的水平或垂直偏振入射。我们相信，入射偏振无关的SHEL可以扩大SHEL的适用范围，以涵盖光学系统中的偏振是不明确的。
2021-01-22 physics.optics
High-Dimensional Light Field Modulation via Conjugate Phase Encoding in Liquid Crystal Devices
针对高维光场调制中偏振态间相位响应耦合的难题，提出共轭相位编码范式，在光配向液晶器件中实现波长相关波前、轨道角动量与偏振态的同时调控。
2025-04-21 physics.optics
Generating optical vortex beams by momentum-space polarization vortices centered at bound states in the continuum
光学涡旋（OV）是一种具有螺旋波前和螺旋相位位错的光束。这类梁在各个领域引起了越来越多的兴趣。在这里，我们从理论上提出并实验实现了一种新颖但简单的方法来产生光学涡旋。利用二维周期性结构（如光子晶体板）动量空间中束缚态（BIC）周围固有的偏振拓扑涡旋结构，使光束产生Pancharatnam-Berry相位.这类新的OV发生器在动量空间中运行，这意味着没有真实的空间结构中心。因此，不仅制造而且实际对准将被大大简化。理论上可以实现任意工作波长下的任意偶数阶OV，即准无衍射的高阶准贝塞尔光束。该方法拓展了束缚态在连续介质和拓扑光子学中的应用。
2019-09-27 physics.optics
Inherent Turbulence Immunity of Vector Vortex Beams in Free Space Quantum Key Distribution
Shahid Beheshti University（沙希德贝赫什提大学）
本研究证明矢量涡旋光束在自由空间量子密钥分发中具有固有湍流免疫性，可将量子比特误码率从42.0%降至4.8%，无需主动自适应光学。
2026-10-02 physics.optics quant-ph
Geometric-phase microscopy for quantitative phase imaging of isotropic, birefringent and space-variant polarization samples
我们提出了几何相位显微镜允许多用途的定量相位成像，其中地面实况相位通过量化相位延迟来恢复。该方法使用宽带空间非相干光，通过几何（Pancharatnam-Berry）相位进行偏振灵敏控制。所评估的延迟可能起源于动态或几何相位，并且测量被定制用于各向同性和双折射样品或多功能几何相位元件的定量映射。相位恢复是基于偏振区分波的自干涉携带样本信息并提供纯参考相位，同时通过固有稳定的公共路径设置。实验配置允许瞬时（单次）相位恢复，保证亚纳米精度和出色的地面实况精度（远低于5 nm）。光学性能在先进但常规可行的非侵入性生物光子成像中得到证明，该成像以自动化方式执行，并注定用于监督机器学习。实验演示了细胞干质量密度的测量、基于形态学参数的细胞分类和动态干质量变化的可视化。通过恢复源于液晶电致双折射的动态相位变化以及绘制空变偏振定向透镜的几何相位，证明了该方法的多用途。
2018-11-21 physics.optics
Origin of Experimental Realization of Vector Beams by Superposition Technique: Geometric Phase
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学院）；Quantlight and High Harmonics Lab Pvt. Ltd.（Quantlight和高次谐波实验室私人有限公司）
本研究揭示了矢量光束的偏振分布并非固有属性，而是由光学器件引入的几何相位差在表征过程中产生的
2026-03-03 physics.optics
Gold-polymer hybrid metasurface for polarization-independent enhanced third harmonic generation in the ultraviolet
Institute of Materials Science of Barcelona ICMAB – CSIC（巴塞罗那材料科学研究所）；Aviation and Missile Center, US Army CCDC（美国陆军CCDC航空与导弹中心）；University of Brescia（布雷西亚大学）
金-聚合物混合超材料实现极化无关的紫外波段高效第三次谐波生成，为多极化纳米光子器件提供新方案。
2025-12-22 physics.optics
Optical polarization analogue in free electrons beams
快速电子光谱显微镜能够以无与伦比的空间分辨率定量测量激发的光学响应。然而，由于其固有的标量性质，电子波不能获得与偏振相关的量。尽管有希望的尝试的基础上转换的概念起源于奇异光学（如涡旋光束），定义的光学偏振模拟快电子仍然是一个死信。在这里，我们建立这样一个模拟的偶极跃迁矢量的电子之间的两个精心挑选的奇异波状态。我们表明，电子能量损失谱（EELS）允许直接测量的\textit{polarized}电磁局域态密度。特别地，在圆偏振的情况下，它直接测量局部光学自旋密度。这项工作建立了EELS作为一种定量技术，以解决纳米光学中的基本问题，如超手性，暗激发的局部偏振或纳米级的偏振奇点。
2020-06-11 cond-mat.other physics.ins-det 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
Polarization entanglement enabled by orthogonally stacked van der Waals NbOCl2 crystals
针对范德华NbOCl₂晶体因非线性极化率张量无法产生偏振纠缠的问题，研究利用其扭转堆叠自由度实现了可调谐偏振纠缠与量子Bell态制备，提供了新型纠缠光子源与纳米级纠缠调控新手段。
2024-08-13 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Surface waves on self-complementary metasurfaces: intrinsic hyperbolicity, dual-directional canalization and TE-TM polarization degeneracy
自互补超颖表面由于其独特的与频率无关的透射和反射特性以及平面波偏振变换的可能性而受到了广泛的关注。本文主要从近场谱的角度出发，从理论和实验两个方面研究了各向异性自互补超表面所支持的表面波的性质。我们表明，作为电磁巴比涅的对偶性的后果，这样的结构是双曲线的任何频率。我们揭示了固有的平面波的偏振自由度，通过演示的宽带TE-TM沿两个主要方向的表面波的偏振简并。我们展示了通过非常小的频移来切换90度的渠化方向的可能性，从而为极端的可调谐性和表面波路由铺平了道路。所获得的结果为实际应用提供了大量的机会，包括平面偏振器件，光学数据处理系统和天线。
2020-04-13 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Chiral high-harmonic generation and spectroscopy on solid surfaces using polarization-tailored strong fields
固体中的强场方法为超快非线性光谱学提供了新的策略，并为倒易和真实空间中凝聚态物质的电子性质提供了全光学见解。此外，固态介质提供了前所未有的可能性，使用修改的目标或定制的激励场来控制高次谐波的产生。在这里，我们合并这些重要的点，并证明圆偏振高次谐波产生与偏振匹配的激发场的表面的手性电子性质的光谱。我们的方法的灵敏度证明了结构螺旋和终止介导的铁磁秩序在二氧化硅和氧化镁的表面，分别。从固体样品中发出的圆偏振辐射现在允许将基本的对称性质作为手性添加到固体中强场光谱的武库中。结合其固有的时间（飞秒）分辨率和非共振宽带光谱，来自凝聚态物质的高次谐波的偏振控制可以照亮表面，埋层或薄膜的超快和强场动力学。
2021-07-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
Differential real-time single-pixel imaging with Fourier domain regularization -- applications to VIS-IR imaging and polarization imaging
单像素成像（SPI）的速度和质量从根本上受到图像调制频率以及光学噪声和压缩噪声水平的限制。在接近这些限制的方法中，我们引入了SPI技术，该技术本质上是差分的，并且包括测量图像的第零空间频率的新方法，并且利用采样模式的不同阈值。与标准SPI协议相比，使用所提出的采样，检测信号的熵增加。图像重建是用一个单一的矩阵矢量积获得的，因此重建方法的成本与测量样本的数量成比例。微分算子被包括在重建中，并且遵循该方法是基于在傅立叶域中找到具有正则化的修改的测量矩阵的广义逆。我们证明了$256 \times 256$ SPI在高达$17~$ Hz的可见光和近红外波长范围内使用两个偏振或光谱通道。具有交流耦合的低位分辨率数据采集设备可以用于测量中，表明所提出的方法将改进的噪声鲁棒性与信号的直流分量的差分去除相结合。
2022-05-24 eess.IV eess.SP physics.optics
Molecule-based coherent light-spin interfaces for quantum information processing -- optical spin state polarization in a binuclear Europium complex
固态光学量子信息处理（QIP）这一新兴领域的成功关键取决于获得共振光学材料。稀土离子（REI）由于其非凡的光物理和磁量子特性（例如长的光学和自旋相干寿命（$T_2$））而适合用于QIP协议。然而，分子纳入REI，尽管具有有利的性质，如原子精确的量子可调性，固有的可扩展性，和大的便携性，尚未被研究的QIP应用。作为REI分子用于光学QIP应用的有用性的第一个证据，我们在这项研究中证明，窄光谱孔可以在双核Eu（III）配合物的非均匀加宽的$^5$ D $_0\to^7$ F $_0$光学跃迁中燃烧，呈现均匀线宽（$Γ_h$）= 22 $\pm$ 1 MHz，在1.4 K下转换为$T_2 = 14.5$ $\pm$ 0.7 ns。此外，观察到长寿命的光谱孔，证明有效的极化Eu（III）的基态核自旋，全光自旋初始化和寻址的基本要求。这些结果阐明了基于REI的分子复合物作为多功能相干光自旋接口在量子通信和处理中的应用的有用性。
2020-06-17 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Ultrastable, low-error dynamic polarization encoding of deterministically generated single photons
Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；Universität Stuttgart（斯图加特大学）
本研究提出基于自由空间Sagnac干涉仪的单光子偏振编码器，突破环境干扰限制，在152MHz重复频率下实现0.69(2)%的超低量子比特误差率，推动鲁棒可扩展的低误差量子信息处理发展。
2025-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
