A metasurface lens that focuses light and controls its polarization at a wavelength of 2 μm is presented. This lens demonstrates high transmission and complete phase control within a subwavelength thickness at near-infrared frequencies. By cascading four patterned sheets, the efficiency is dramatically improved over more common single sheet designs. In addition, by utilizing anisotropic sheets, arbitrary birefringence can be achieved. A planar lens that both focuses light and converts its polarization from linear to circular is analyzed.

1.
A. V.
Kildishev
,
A.
Boltasseva
, and
V. M.
Shalaev
,
Science
339
,
1232009
(
2013
).
2.
A.
Grbic
,
L.
Jiang
, and
R.
Merlin
,
Science
320
,
511
(
2008
).
3.
Y.
Avitzour
,
Y. A.
Urzhumov
, and
G.
Shvets
,
Phys. Rev. B
79
,
045131
(
2009
).
4.
N.
Engheta
,
Science
317
,
1698
(
2007
).
5.
E. R.
Dufresne
,
G. C.
Spalding
,
M. T.
Dearing
,
S. A.
Sheets
, and
D. G.
Grier
,
Rev. Sci. Instrum.
72
,
1810
(
2001
).
6.
E. T.
Rogers
,
J.
Lindberg
,
T.
Roy
,
S.
Savo
,
J. E.
Chad
,
M. R.
Dennis
, and
N. I.
Zheludev
,
Nature Mater.
11
,
432
(
2012
).
7.
M.
Farmahini-Farahani
and
H.
Mosallaei
,
Opt. Lett.
38
,
462
(
2013
).
8.
M.
Kuwata-Gonokami
,
N.
Saito
,
Y.
Ino
,
M.
Kauranen
,
K.
Jefimovs
,
T.
Vallius
,
J.
Turunen
, and
Y.
Svirko
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
227401
(
2005
).
9.
N.
Yu
,
F.
Aieta
,
P.
Genevet
,
M. A.
Kats
,
Z.
Gaburro
, and
F.
Capasso
,
Nano Lett.
12
,
6328
(
2012
).
10.
J. E.
Curtis
,
B. A.
Koss
, and
D. G.
Grier
,
Opt. Commun.
207
,
169
(
2002
).
11.
N.
Yu
,
P.
Genevet
,
M.
Kats
,
F.
Aieta
,
J.
Tetienne
,
F.
Capasso
, and
Z.
Gaburro
,
Science
334
,
333
(
2011
).
12.
X.
Ni
,
N.
Emani
,
A.
Kildishev
,
A.
Boltasseva
, and
V.
Shalaev
,
Science
335
,
427
(
2012
).
13.
F.
Aieta
,
P.
Genevet
,
M.
Kats
,
N.
Yu
,
R.
Blanchard
,
Z.
Gaburro
, and
F.
Capasso
,
Nano Lett.
12
,
4932
(
2012
).
14.
M.
Kang
,
T.
Feng
,
H.-T.
Wang
, and
J.
Li
,
Opt. Express
20
,
15882
(
2012
).
15.
X. M.
Goh
,
L.
Lin
, and
A.
Roberts
,
JOSA B
28
,
547
(
2011
).
16.
A.
Pors
,
M. G.
Nielsen
,
G. D.
Valle
,
M.
Willatzen
,
O.
Albrektsen
, and
S. I.
Bozhevolnyi
,
Opt. Lett.
36
,
1626
(
2011
).
17.
L.
Verslegers
,
P. B.
Catrysse
,
Z.
Yu
,
J. S.
White
,
E. S.
Barnard
,
M. L.
Brongersma
, and
S.
Fan
,
Nano Lett.
9
,
235
(
2009
).
18.
C.
Pfeiffer
and
A.
Grbic
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
197401
(
2013
).
19.
J. Y.
Lau
and
S. V.
Hum
,
IEEE Trans. Antennas Propag.
60
,
5679
(
2012
).
20.
M.
Li
,
M. A.
Al-Joumayly
, and
N.
Behdad
,
IEEE Trans. Antennas Propag.
61
,
1166
(
2013
).
21.
M.
Al-Joumayly
and
N.
Behdad
,
IEEE Trans. Antennas Propag.
58
,
4033
(
2010
).
22.
N.
Gagnon
,
A.
Petosa
, and
D. A.
McNamara
,
IEEE Trans. Antennas Propag.
58
,
1193
(
2010
).
23.
M.
Euler
,
V.
Fusco
,
R.
Cahill
, and
R.
Dickie
,
IET Microwaves, Antennas Propag.
4
,
1764
(
2010
).
24.
B.
Walther
,
C.
Helgert
,
C.
Rockstuhl
, and
T.
Pertsch
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
191101
(
2011
).
25.
B.
Memarzadeh
and
H.
Mosallaei
,
Opt. Lett.
36
,
2569
(
2011
).
26.
S.
Larouche
,
Y.-J.
Tsai
,
T.
Tyler
,
N. M.
Jokerst
, and
D. R.
Smith
,
Nature Mater.
11
,
450
(
2012
).
27.
N.
Engheta
,
A.
Salandrino
, and
A.
Alù
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
095504
(
2005
).
28.
F.
Monticone
,
N. M.
Estakhri
, and
A.
Alù
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
203903
(
2013
).
29.
C.
Holloway
,
E.
Kuester
,
J.
Gordon
,
J.
O'Hara
,
J.
Booth
, and
D.
Smith
,
IEEE Antennas Propag. Mag.
54
,
10
(
2012
).
30.
A. I.
Zverev
,
Handbook of Filter Synthesis
(
Wiley
,
1967
), Vol. 47.
31.
N.
Liu
,
H.
Guo
,
L.
Fu
,
S.
Kaiser
,
H.
Schweizer
, and
H.
Giessen
,
Nature Mater.
7
,
31
(
2008
).
32.
S.
Zhang
,
W.
Fan
,
K.
Malloy
,
S.
Brueck
,
N.
Panoiu
, and
R.
Osgood
,
Opt. Express
13
,
4922
(
2005
).
33.
V. M.
Shalaev
,
W.
Cai
,
U. K.
Chettiar
,
H.-K.
Yuan
,
A. K.
Sarychev
,
V. P.
Drachev
, and
A. V.
Kildishev
,
Opt. Lett.
30
,
3356
(
2005
).
34.
A.
Love
,
Philos. Trans. R. Soc. A
197
,
1
(
1901
).
You do not currently have access to this content.