紧凑型圆偏振光源让复杂光学系统更小巧

从3D电影屏幕到增强现实设备，众多现代技术都依赖于我们对光线的操控能力。然而，如何以经济高效的方式实现这一点，往往是一项艰巨的挑战。在发表于《光学快报》的一篇文章中，大阪大学的研究人员公布了一种新型发光二极管设计，有望将复杂的光学系统集成到更小巧的设备中。该LED通过内置纳米结构表面产生圆偏振光，省去了笨重的外部光学元件。

圆偏振光在传播时，其电场会像螺旋钻一样旋转，这对于3D显示器、先进成像系统和量子通信工具等技术至关重要。传统上，产生此类偏振光需要偏振片和改变光相位的特殊板等光学元件，但这些元件会增大设备体积、增加复杂性并提高集成难度。

通讯作者Shuhei Ichikawa表示："我们的目标是简化圆偏振光的产生方式。通过利用特制超表面将偏振控制直接集成到LED中，我们不再需要额外的光学元件。"

该超表面由精心设计的氮化镓纳米柱阵列构成，直接排布在半导体LED表面。这些纳米结构能够调控光的相位，使一种圆偏振态选择性透射，同时抑制相反偏振态的光。

资深作者Shuhei Ichikawa解释说："计算机模拟显示，这种设计能产生强烈的圆偏振光，同时允许约35%的LED光线穿透纳米结构表面。这种效率水平已接近50%的理论最大值。"

与以往采用有机材料或复杂自旋系统的圆偏振LED不同，新设计采用坚固的无机材料，有望实现更耐用、更实用的圆偏振光源。Shuhei Ichikawa指出："理论上，LED效率与偏振度之间存在权衡关系，偏振度衡量的是某种偏振态占主导的程度。令人兴奋的是，我们找到了同时维持高效率和高压制比的方法。"

未来，这种紧凑型圆偏振光源有望简化虚拟现实头显、高分辨率3D显示器以及新兴光子技术中的光学硬件。得益于此研究团队的工作，更小巧、更高效的光学设备必将迎来光明前景。

相关链接：https://dx.doi.org/10.1364/ol.587468