基于折射-超表面混合设计的光学系统偏振保持性能增强研究

本文创新性地提出将超表面(metasurface)整合到光学系统设计中，通过混合设计方法显著提升系统偏振保持性能。研究表明，该设计使光学系统平均二向色性(diattenuation)降低91.8%，平均延迟(retardance)降低95.0%，为激光通信中的相干混频效率提升提供了突破性解决方案。

　　

亮点

在折射-超表面混合光学系统中，超表面通常用于提供相位调制，实现轻量化和高度集成的光学设计。在某些设计中，超表面还能提供像差校正等附加功能。而本文提出的设计方法中，超表面被专门设计用于抑制光学系统中的二向色性(diattenuation)和延迟(retardance)。

偏振像差抑制

本节展示了高偏振保持性能的折射-超表面混合光学系统设计流程，以离轴激光扩束器为例展开。

对于透射式光学系统，仅存在二向色性而无延迟，因此只需抑制二向色性。相比之下，反射系统同时存在二向色性和延迟这两种偏振像差形式，这增加了设计复杂度——因为需要同时控制两种像差参数。

结论

高偏振保持光学系统在偏振成像和探测等应用中起着关键作用。传统增强偏振保持性能的方法（如使用光学镀膜或创新结构设计）往往存在通用性有限和抑制效果不足的问题。本工作提出的折射-超表面混合设计策略，可显著提升光学系统的偏振保持性能。