近日，武漢大學(xué)電子信息學(xué)院教授李仲陽課題組(Nanophotonics & Emerging Application Laboratory, NEAL)在Nature子刊Light: Science &Applications(《光：科學(xué)與應(yīng)用》)和Advanced Materials(《先進(jìn)材料》)上發(fā)表了超構(gòu)光芯片用于多維自由度光場操控研究的最新學(xué)術(shù)成果。

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圖.(a)基于片上拓?fù)湎辔痪幋a的左/右旋圓偏振解耦的全息光場加密；(b)多維光參量自由度加密的超構(gòu)光學(xué)信息存儲(chǔ)技術(shù)（封面）

發(fā)表在Light: Science &Applications上的論文題為“Creating Topological Exceptional Point by On-Chip All-Dielectric Metasurface”(《基于片上全電介質(zhì)超構(gòu)表面構(gòu)造拓?fù)淦娈慄c(diǎn)》)。電子信息學(xué)院2024級(jí)直博生易成和2023級(jí)博士生王澤靜為論文共同第一作者，李仲陽和清華大學(xué)深圳國際研究生院教授宋清華為共同通訊作者，電子信息學(xué)院教授曾永全、研究員李子樂為共同作者。武漢大學(xué)為第一單位。

該研究工作圍繞非厄米系統(tǒng)的構(gòu)建與拓?fù)淦娈慄c(diǎn)的利用展開，這一方向是當(dāng)前微納光學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。研究團(tuán)隊(duì)通過利用片上超構(gòu)表面對(duì)導(dǎo)波傳輸?shù)奶崛。�引入非厄米特性，在片上全電介質(zhì)環(huán)境下成功構(gòu)造出拓?fù)淦娈慄c(diǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)拓?fù)湎辔坏挠行Р倏v與編碼。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合幾何相位調(diào)控，如圖a所示，該超構(gòu)表面實(shí)現(xiàn)了左/右旋圓偏振光的獨(dú)立全息編碼，以及新型AR全息顯示功能。該工作提出的全電介質(zhì)的片上集成方案，有效地解決了傳統(tǒng)依賴金屬材料構(gòu)建拓?fù)淦娈慄c(diǎn)帶來的固有歐姆損耗難題。該技術(shù)在下一代光信息復(fù)用存儲(chǔ)加密以及先進(jìn)光學(xué)顯示技術(shù)等領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。

題為“Multidimensional-Encrypted Meta-Optics Storage Empowered by Diffraction-Order Decoupling”(《基于衍射級(jí)次解耦的超構(gòu)光學(xué)多維信息加密存儲(chǔ)》)的論文以封面（Front Cover）文章發(fā)表在Advanced Materials上。電子信息學(xué)院2023級(jí)碩士生趙紫瑞和2023級(jí)博士生王澤靜為論文共同第一作者，李仲陽為唯一通訊作者，武漢大學(xué)為第一單位。

該研究工作針對(duì)當(dāng)前超構(gòu)表面多維復(fù)用與光學(xué)加密能力上的局限，提出了一種基于單晶胞解耦衍射級(jí)次的新型多維光參量自由度的加密存儲(chǔ)策略。研究團(tuán)隊(duì)首先解析了微納結(jié)構(gòu)位移與不同衍射級(jí)次光相位響應(yīng)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，利用迂回相位原理實(shí)現(xiàn)了出射光多個(gè)衍射級(jí)次的獨(dú)立編碼。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步結(jié)合幾何相位和色散工程設(shè)計(jì)，如圖b所示，研究團(tuán)隊(duì)在單個(gè)超構(gòu)表面系統(tǒng)上成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)四個(gè)光參量自由維度（級(jí)次、偏振、波長、方向）的聯(lián)合調(diào)控，最多可實(shí)現(xiàn)十六通道的全息圖像編碼。該工作提出的多維復(fù)用技術(shù)為多維自由度光學(xué)加密存儲(chǔ)建立了可融合復(fù)用的理論基礎(chǔ)，能夠指數(shù)級(jí)增強(qiáng)信息加密安全性并降低信息泄露風(fēng)險(xiǎn)，在大容量、多維密鑰、高安全性的光信息加密存儲(chǔ)技術(shù)等方面具有重要應(yīng)用潛力。

相關(guān)工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。

論文鏈接：1.https://www.nature.com/articles/s41377-025-01955-2；2.https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202419322