日前，暨南大學(xué)物理與光電工程學(xué)院納米光子學(xué)研究院的李寶軍教授/包燕軍教授團(tuán)隊(duì)在多維光場(chǎng)調(diào)控領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了基于單個(gè)超構(gòu)表面的全光參量（波長(zhǎng)、偏振、觀察角度）復(fù)用技術(shù)，成功將150個(gè)獨(dú)立的信息通道集成于一體，創(chuàng)造了光學(xué)復(fù)用通道數(shù)量的新紀(jì)錄。該成果以“High-Capacity Full-Parameter Optical Multiplexing with Metasurfaces”為題，發(fā)表于《Advanced Functional Materials》期刊上。

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單個(gè)超構(gòu)表面實(shí)現(xiàn)平面波全光參量（波長(zhǎng)、偏振、觀察角度）復(fù)用示意圖

光學(xué)復(fù)用技術(shù)可利用光的不同物理維度分別承載信息，是提升光學(xué)系統(tǒng)信息容量的核心技術(shù)。在各種光學(xué)參量中，波長(zhǎng)、偏振和波矢方向（或觀察角度）是平面波最核心的三個(gè)獨(dú)立物理自由度。然而，以往的超構(gòu)表面研究大多局限于對(duì)單個(gè)或部分參數(shù)的復(fù)用，難以將所有自由度同時(shí)整合，導(dǎo)致信息容量和功能維度受限。

針對(duì)這一問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種高效的梯度優(yōu)化算法。該算法能夠協(xié)同優(yōu)化超構(gòu)表面上數(shù)百萬(wàn)個(gè)納米單元的幾何參數(shù)，使其能夠根據(jù)入射光的波長(zhǎng)、偏振以及觀察者的角度，展現(xiàn)出完全不同的、預(yù)設(shè)的光學(xué)功能。通過(guò)這種精巧的設(shè)計(jì)，研究團(tuán)隊(duì)成功地將三個(gè)光學(xué)維度“解耦”，實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng)、偏振和觀察角度之間的獨(dú)立高效率調(diào)控和信息編碼，且通道間的串?dāng)_極低。基于該算法，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制備了相應(yīng)的超構(gòu)表面器件，實(shí)驗(yàn)上成功實(shí)現(xiàn)了2個(gè)偏振、3個(gè)波長(zhǎng)和25個(gè)觀察角度的組合，構(gòu)成出高達(dá)150個(gè)獨(dú)立的信息通道。利用這一技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了全彩色的動(dòng)態(tài)圖像顯示，針對(duì)同偏振光，觀察者只要改變觀察角度，就能看到一幅連續(xù)播放的“全彩功夫動(dòng)畫”或一個(gè)“旋轉(zhuǎn)的風(fēng)車”，仿佛打開了一個(gè)多維信息窗口。

該工作首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)光場(chǎng)全部基本參數(shù)的并行復(fù)用，極大地提升了光學(xué)器件的信息處理能力和功能集成度，不僅為超構(gòu)表面的設(shè)計(jì)提供了新范式，也為開發(fā)超緊湊多功能光學(xué)系統(tǒng)鋪平了道路。

暨南大學(xué)物理與光電工程學(xué)院納米光子學(xué)研究院的包燕軍教授和李寶軍教授為論文共同通訊作者。

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