这篇文档属于类型a，是一篇关于表面等离子体（surface plasmons, SPs）几何相位控制的研究论文。以下是该研究的学术报告：
本研究的主要作者包括Xiaohan Jiang、Quan Xu、Yuanhao Lang等，研究团队来自天津大学精密仪器与光电子工程学院、吉林大学集成光电子学国家重点实验室、桂林电子科技大学光电信息处理广西重点实验室以及美国俄克拉荷马州立大学电气与计算机工程学院。该研究发表于期刊《Laser & Photonics Reviews》，发表日期为2023年。
本研究属于超表面（metasurfaces）和表面等离子体（surface plasmons, SPs）领域。表面等离子体是金属/电介质界面上的一种电磁模式，在微型光电子电路、生化传感和等离子体镊子等前沿应用中具有重要作用。几何相位超表面作为超光学（meta-optics）的主要分支之一，在过去二十年中引起了广泛关注。然而，在近场区域对表面等离子体的几何相位控制仍存在一些未解之谜和局限性，例如，不同研究中报道的几何相位与偶极子旋转角度的关系不一致（1倍或2倍），且现有的控制策略仅适用于单一波长。为了解决这些问题，本研究旨在通过严格的数学推导，阐明偶极子源在圆偏振光照射下激发表面等离子体的几何相位控制机制，并提出一种全息方法实现多波长和多偏振的几何相位控制。
本研究主要包括以下几个步骤：
理论推导与几何相位机制分析
研究团队首先对圆偏振光照射下偶极子源激发表面等离子体的过程进行了严格的数学推导。通过分析偶极子源的旋转角度和平面内相对方位角，揭示了表面等离子体几何相位控制的机制。研究发现，表面等离子体的激发可以分为两部分：一部分与偶极子旋转角度相关，另一部分与方位角相关。这种机制与自由空间中的几何相位控制有本质区别。
全息方法设计与多波长控制
为了实现对多波长和不同偏振态的表面等离子体控制，研究团队提出了一种全息方法。该方法通过计算多个虚拟焦点在偶极子源上的叠加效应，确定每个偶极子源的旋转角度，从而实现对不同波长和偏振态的复用控制。研究设计了多个金属透镜（metalenses），能够将四种波长和两种自旋方向的圆偏振光耦合到不同的表面等离子体聚焦光束中。
实验验证与器件设计
研究团队设计并制作了多款金属透镜，包括Metalens I和Metalens II。这些金属透镜基于连接双环狭缝谐振器（connected-double-ring slit resonator），通过光刻和金属化工艺制备。实验采用近场太赫兹扫描显微镜（near-field terahertz scanning microscopy）对金属透镜的性能进行了表征，验证了其多波长和多偏振态的控制能力。
数据分析与结果验证
通过实验测量和数值模拟，研究团队获得了金属透镜在不同波长和偏振态下的表面等离子体场分布。实验结果表明，设计的金属透镜能够实现高质量的表面等离子体聚焦光束，并且具有低串扰和高方向性。研究还通过定量分析验证了各通道的耦合效率和操作带宽。
几何相位控制机制的阐明
研究通过严格的数学推导，明确了偶极子源旋转角度与表面等离子体几何相位之间的关系，并揭示了方位角在几何相位控制中的重要作用。这一结果为表面等离子体的精确控制提供了理论基础。
多波长和多偏振态控制
研究提出的全息方法成功实现了对四种波长和两种自旋方向的表面等离子体控制。实验结果表明，Metalens I和Metalens II能够将不同波长和偏振态的圆偏振光耦合到不同的聚焦光束中，验证了该方法的有效性。
实验验证与器件性能
实验测量结果表明，设计的金属透镜具有高质量的表面等离子体聚焦性能，各通道的串扰较低，方向性良好。研究还通过模拟和实验数据验证了金属透镜的耦合效率和操作带宽。
本研究通过严格的数学推导和实验验证，阐明了偶极子源在圆偏振光照射下激发表面等离子体的几何相位控制机制，并提出了一种全息方法实现多波长和多偏振态的控制。这一研究为集成化和多路复用的表面等离子体器件开发提供了新的思路和方法，具有重要的科学价值和应用潜力。
几何相位控制机制的阐明
研究首次通过严格的数学推导，揭示了偶极子源旋转角度和方位角在表面等离子体几何相位控制中的作用，解决了该领域长期存在的争议。
全息方法的多波长控制
研究提出的全息方法成功实现了对四种波长和两种自旋方向的表面等离子体控制，突破了现有技术仅适用于单一波长的局限性。
实验验证与器件性能
设计的金属透镜在实验验证中表现出高质量的表面等离子体聚焦性能和低串扰特性，验证了该方法的可行性和有效性。
研究还通过模拟和实验数据验证了金属透镜的耦合效率和操作带宽，为未来优化器件性能提供了重要参考。此外，研究团队提出的全息方法具有通用性，可应用于可见光和红外频率范围内的表面等离子体控制。
这篇报告详细介绍了研究的背景、流程、结果及其意义，突出了研究的创新性和应用价值。