超表面這種能夠彎曲、聚焦或濾波的超薄結(jié)構(gòu)，正在重塑科學(xué)家對光學(xué)技術(shù)的認(rèn)知。這類人工工程材料能實現(xiàn)對光行為的精確調(diào)控，但許多傳統(tǒng)設(shè)計受困于低效難題——它們通常依賴單個納米結(jié)構(gòu)內(nèi)的局域共振，往往伴隨能量泄漏或廣角性能衰退，這些缺陷限制了其在傳感、非線性光學(xué)和量子技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。

當(dāng)前日益興起的研究轉(zhuǎn)向非局域超表面，通過多單元相互作用產(chǎn)生集體光學(xué)效應(yīng)。這種集體行為能更高效地捕獲光線，產(chǎn)生更銳利的共振峰和更強的光物相互作用。該領(lǐng)域最具前景的方向之一是光子平帶的開發(fā)，其共振特性在寬視角范圍內(nèi)保持穩(wěn)定；另一方向是構(gòu)建手性響應(yīng)，使器件能區(qū)分左旋與右旋圓偏振光。然而迄今為止，如何在單一平臺上高效實現(xiàn)平帶與手性行為仍是重大挑戰(zhàn)。

山東師范大學(xué)與澳大利亞國立大學(xué)的科學(xué)家在《先進(jìn)光子學(xué)》發(fā)表的研究中取得了突破。他們創(chuàng)新性地將耦合諧振光波導(dǎo)（CROW） 原理與各向異性平面結(jié)構(gòu)相結(jié)合，設(shè)計出新型超表面。通過弱連接的光波導(dǎo)陣列與故意打破對稱性的設(shè)計，在保持超高品質(zhì)因數(shù)的同時實現(xiàn)了廣角光子平帶。波導(dǎo)間精確調(diào)控的橫向耦合使光速降至近零群速度，顯著增強了光物相互作用并確保不同入射角下的穩(wěn)定共振。

各向異性超表面與原始 CROW 概念之間的聯(lián)系。

研究團(tuán)隊進(jìn)一步通過調(diào)控超表面面內(nèi)對稱性，演示了對線性偏振光響應(yīng)的單向/雙向平帶，以及僅對特定圓偏振“手性”響應(yīng)的手性平帶。經(jīng)仿真與實驗雙重驗證，該成果首次實現(xiàn)了高品質(zhì)因數(shù)平帶與手性效應(yīng)在單一超表面的共存。這項研究為構(gòu)建多功能光學(xué)器件提供了新范式，通過將波導(dǎo)物理融入超表面設(shè)計，拓展了微尺度光控技術(shù)工具箱，有望為量子光學(xué)、先進(jìn)傳感、通信及緊湊型平面光學(xué)技術(shù)開辟新路徑。

相關(guān)鏈接：https://dx.doi.org/10.1117/1.ap.7.5.056008