Observation of full-parameter Jones matrix in bilayer metasurface

自由度(物理和化学) 实现(概率) 基质(化学分析) 极限(数学) 梯度下降 计算机科学 双层 物理 光学 拓扑(电路) 材料科学 数学 数学分析 人工智能 量子力学 统计 生物 人工神经网络 复合材料 遗传学 组合数学
作者
Yanjun Bao,Fan Nan,Jiahao Yan,Xianguang Yang,Cheng‐Wei Qiu,Baojun Li
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:13 (1) 被引量:58
标识
DOI:10.1038/s41467-022-35313-2
摘要

Metasurfaces, artificial 2D structures, have been widely used for the design of various functionalities in optics. Jones matrix, a 2×2 matrix with eight parameters, provides the most complete characterization of the metasurface structures in linear optics, and the number of free parameters (i.e., degrees of freedom, DOFs) in the Jones matrix determines the limit to what functionalities we can realize. Great efforts have been made to continuously expand the number of DOFs, and a maximal number of six has been achieved recently. However, the realization of the ultimate goal with eight DOFs (full free parameters) has been proven as a great challenge so far. Here, we show that by cascading two layer metasurfaces and utilizing the gradient descent optimization algorithm, a spatially varying Jones matrix with eight DOFs is constructed and verified numerically and experimentally in optical frequencies. Such ultimate control unlocks opportunities to design optical functionalities that are unattainable with previously known methodologies and may find wide potential applications in optical fields.

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