近日，中山大學(xué)物理學(xué)院董建文教授團隊提出了調(diào)控Fano共振光譜的輻射單向性新自由度，基于雙層錯位超構(gòu)光柵克服了周期體系內(nèi)稟的角度-波長鎖定機制。團隊發(fā)展了雙層微納光柵制備工藝和輻射單向性的顯微角分辨測量技術(shù)，并在實驗上首次展示了具有“空間頻率-光譜頻率”聯(lián)合選擇性的高對比度成像。該工作不僅為獨立調(diào)控角度和波長這一基礎(chǔ)性難題提供了創(chuàng)新方案，也為AR/VR顯示、光譜成像、相干熱輻射、先進半導(dǎo)體制造等技術(shù)應(yīng)用提供了新思路。相關(guān)研究成果于7月8日發(fā)表于國際頂尖光學(xué)期刊《光·快訊》（eLight）上。

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圖1. 雙層錯位超構(gòu)光柵實現(xiàn)單角度和單波長選擇性的示意圖

長期以來，由于周期體系具有內(nèi)稟的色散特性，共振光譜中角度和波長存在鎖定關(guān)系。因此，在人們的傳統(tǒng)認知里，光入射角度改變伴隨光學(xué)器件濾波波長改變是普遍的物理規(guī)律。這種鎖定關(guān)系使得獨立操控角度和波長成為難題，也為光學(xué)應(yīng)用設(shè)置了基礎(chǔ)性限制。

理論上，研究團隊發(fā)現(xiàn)光學(xué)模式輻射單向性是解決這一基礎(chǔ)性問題的關(guān)鍵。他們發(fā)現(xiàn)輻射單向性如同一塊神奇的橡皮差，使得我們能夠精準(zhǔn)地擦除色散曲線上光的反射痕跡，克服角度和波長的鎖定關(guān)系。實驗上，控制超薄間隔層（~ 30 nm）的平整度和精細錯位距離（~ 30 nm）是實驗制備面臨的核心挑戰(zhàn)。針對這一難題，研究團隊經(jīng)過持續(xù)多年的技術(shù)迭代，自主發(fā)展了“多次刻蝕-間接測量-再沉積”的間隔層厚度控制工藝和雙層精細對準(zhǔn)的套刻工藝，成功制備了工作在近紅外波段的高質(zhì)量雙層錯位超構(gòu)光柵樣品。

在此基礎(chǔ)上，研究團隊對輻射單向性進行了光學(xué)顯微角分辨測量，并實驗驗證了零角度以及中心波長的聯(lián)合光譜選擇性。進一步，他們在國際上率先開發(fā)了毫米量級的高精度雙層超構(gòu)光柵，并成功演示了同時實現(xiàn)空間頻率和光譜頻率選擇性的高對比度成像功能。

物理學(xué)院博士畢業(yè)生莊澤鵬、周鑫和2024級博士研究生曾浩龍為共同第一作者，復(fù)旦大學(xué)周磊教授和中山大學(xué)董建文教授為通訊作者。該工作得到了國家自然科學(xué)基金重點項目、首批廣東省自然科學(xué)基金卓越青年團隊的大力支持。

論文鏈接：https://elight.springeropen.com/articles/10.1186/s43593-025-00092-y