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超表面结构是由亚波长结构单元组成的二维人工材料,它可以对电磁场的偏振、振幅、相位等性质进行有效的调控。随着人们对超表面结构研究的深入,具有新功能结构单元的超表面结构被不断提出,其中基于表面等离激元的超表面结构,由于其可以在亚波长尺度上对光场进行调控,因此在光场调控中具有很好的应用前景。本文主要研究超表面结构在光场调控中的应用,进行了如下研究工作:(1)设计了一种半圆形的超表面结构来实现表面等离激元的聚焦。该结构由刻蚀在金膜上的两个同心半圆凹槽以及激发源小孔组成。入射光通过该超表面结构后,会激发出沿着同心半圆凹槽对称轴传播的表面等离激元(SPPs),半圆凹槽对SPPs起到类似凹面镜的反射作用,反射的SPPs根据相位差在对称轴周围形成增强场或衰减场。通过调节激发光偏振、激发源位置以及入射光波长等参数可以获得聚束性强并且发散角小的表面等离激元,实现表面等离激元聚焦。这对于发展集成光学中波前微操控具有重要意义。(2)设计了一种基于螺旋凹槽的表面等离激元超表面结构来检测光子的自旋角动量。入射光的自旋角动量与螺旋凹槽结构几何相位耦合,激发的表面等离激元在螺旋凹槽中心区域的干涉场强度随着入射光的自旋角动量不同而改变。利用有限元方法计算具有不同自旋角动量的入射光激发的表面等离激元的场分布。用消光比分析超表面结构检测光子自旋角动量的能力,分析不同入射光波长和不同螺旋凹槽结构参数情况下的消光比,给出了该超表面结构的最佳工作波长和最佳螺旋凹槽结构参数。这为集成光学中基于光子角动量的信息处理提供一种新的途径,对其发展具有重要意义。(3)提出了一种可以制备任意阶次轨道角动量叠加的涡旋光场的方法。通过设计一种基于波导光栅的超表面结构,再利用傅里叶原理,实现可重构的涡旋光束发生器。该光束发生器通过控制波导中光的相位和幅度,对产生的涡旋光的轨道角动量阶次进行调控,并可以实现轨道角动量阶次的任意叠加。具有九个扇形波导光栅的涡旋光发生器,可以很好的实现对涡旋光的轨道角动量阶次从-2到+2阶的自由切换,并保持高的保真度。该研究拓宽了光子轨道角动量的应用范围,对量子信息处理的研究具有重要的意义。