Generation of arbitrary vector Bessel beams on higher-order Poincaré spheres with an all-dielectric metasurface

贝塞尔函数 角动量 物理 球体 极化(电化学) 贝塞尔光束 光学 电介质 拓扑量子数 量子力学 天文 物理化学 化学
作者
Jiaqi Yang,Tommi K. Hakala,Ari T. Friberg
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:106 (2) 被引量:5
标识
DOI:10.1103/physreva.106.023520
摘要

Vector Bessel beams may have a spatially varying polarization state combined with a Bessel-type transversal intensity profile. Such beams can carry both spin angular momentum and orbital angular momentum (OAM) and be characterized by points on higher-order Poincar\'e (HOP) spheres. We report a method to produce vector Bessel beams on any point of a HOP sphere of any topological charge by utilizing only a single all-dielectric planar metasurface. Specifically, by a proper choice of the input polarization and distance from the metasurface, the entire HOP sphere surface can be covered. The proposed method is simple and efficient and applies to any $n\mathrm{th}$-order HOP sphere. Furthermore, it yields an extremely high OAM mode purity. Our paper demonstrates a robust approach for generating arbitrary high-quality vector Bessel beams and will likely inspire future applications ranging from optical manipulation to laser beam engineering.
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