大阪大学研究人员在期刊《光学快报》发表论文，介绍一种新型发光二极管（LED）设计方案。研究称，该器件通过在LED表面集成纳米结构“超表面”，可直接产生圆偏振光，从而减少对外部偏振器、相位调制板等光学元件的依赖，进而有望推动光学系统向更小型设备集成。

圆偏振光的电场在传播过程中呈螺旋式旋转，被认为对3D显示、先进成像系统以及量子通信等应用至关重要。传统方案通常需要额外的偏振控制与相位调制光学元件来获得圆偏振光，但这些部件往往会增加系统体积与结构复杂度，并带来集成难度。

论文通讯作者市川周平表示，研究目标是简化圆偏振光的产生方式。团队提出将偏振控制功能直接集成到带有特定设计超表面的LED中，以此消除对额外光学元件的需求。

据介绍，该超表面由极小的氮化镓纳米柱构成，并以精心设计的图案直接排列在半导体LED表面。研究称，这些纳米级结构可调控光的相位，使一种圆偏振状态被选择性透射，同时抑制相反的偏振状态。

研究团队在计算机模拟中评估了该设计的表现。市川周平表示，模拟结果显示该结构能够产生较强的圆偏振光，同时约有35%的LED光可通过纳米结构表面；研究称这一效率水平接近理论最大值50%。

论文还指出，与部分依赖有机材料或复杂自旋系统实现圆偏振发光的方案不同，该设计采用无机材料体系，研究人员认为这有助于实现更耐用、可用性更强的圆偏振光源。市川周平同时提到，理论上LED效率与偏振度之间存在权衡，而该器件的特点在于能够在两者之间实现较高水平的兼顾。

研究人员表示，这类紧凑型圆偏振光源未来有望用于简化虚拟现实头显、高分辨率3D显示以及新兴光子技术中的光学硬件配置。