矢量光束因其独特的光学特性而受到广泛关注；特别是，它们与紧聚焦的结合可以产生许多有趣的现象。3D打印技术的兴起为探索提供了更多的可能性。
近日，中国计量大学Xufeng Jing团队使用一种涉及超材料和超透镜的级联方法，通过3D打印在太赫兹波段产生一个紧密聚焦的矢量光束场。作为概念验证演示，通过与超透镜级联，提出了一系列能够产生不同轨道角动量状态的超材料模块。实验结果与仿真结果吻合较好，充分验证了方案的可行性。所提出的设计和制造策略为太赫兹矢量光束的紧密聚焦提供了新的思路。研究成果以题为“Tight focusing of fractional-order topological charge vector beams by cascading metamaterials and metalens”发表于《Microsystem & Nanoengineering》上。
图1：级联超材料产生具有紧密聚焦场的矢量光束。
图2：左旋圆偏振入射光的紧密聚焦场分析。
图3：共轭OAM叠加矢量光束的紧密聚焦场分析。
图4：实验光路、实验测试结果及样品照片。
图5：各种OAM传输模式近场采样结果示意图，包括模拟相位分布、模式纯度、模拟强度分布和实验强度分布。
图6：OAM叠加发射模式采样结果示意图。
图7：所提出的级联装置的仿真与实验结果示意图，包括电场强度和相位分布。
图8：所提出的级联超材料的特性，能够产生具有紧密聚焦场的不同OAM涡旋光束叠加。
图9：仿真与实验效率对比。
Ke, L., Yang, Y., Zhu, M. et al. Tight focusing of fractional-order topological charge vector beams by cascading metamaterials and metalens. Microsyst Nanoeng 10, 146 (2024).
https://doi.org/10.1038/s41378-024-00781-7
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