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cyqdesign

2025-07-18 23:58

一個(gè)微小結(jié)構(gòu)打破了光學(xué)基本法則

近日，中山大學(xué)物理學(xué)院董建文教授團(tuán)隊(duì)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(cuò)位超構(gòu)光柵克服了周期體系內(nèi)稟的角度-波長(zhǎng)鎖定機(jī)制。團(tuán)隊(duì)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(cè)量技術(shù)，并在實(shí)驗(yàn)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(duì)比度成像。該工作不僅為獨(dú)立調(diào)控角度和波長(zhǎng)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(jìn)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(guó)際頂尖光學(xué)期刊《光·快訊》（eLight）上。 v mk2{f,g

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圖1. 雙層錯(cuò)位超構(gòu)光柵實(shí)現(xiàn)單角度和單波長(zhǎng)選擇性的示意圖

長(zhǎng)期以來(lái)，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(zhǎng)存在鎖定關(guān)系。因此，在人們的傳統(tǒng)認(rèn)知里，光入射角度改變伴隨光學(xué)器件濾波波長(zhǎng)改變是普遍的物理規(guī)律。這種鎖定關(guān)系使得獨(dú)立操控角度和波長(zhǎng)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(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)光學(xué)模式輻射單向性是解決這一基礎(chǔ)性問(wèn)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(zhǎng)的鎖定關(guān)系。實(shí)驗(yàn)上，控制超薄間隔層（~ 30 nm）的平整度和精細(xì)錯(cuò)位距離（~ 30 nm）是實(shí)驗(yàn)制備面臨的核心挑戰(zhàn)。針對(duì)這一難題，研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)持續(xù)多年的技術(shù)迭代，自主發(fā)展了“多次刻蝕-間接測(cè)量-再沉積”的間隔層厚度控制工藝和雙層精細(xì)對(duì)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(cuò)位超構(gòu)光柵樣品。
在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)輻射單向性進(jìn)行了光學(xué)顯微角分辨測(cè)量，并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了零角度以及中心波長(zhǎng)的聯(lián)合光譜選擇性。進(jìn)一步，他們?cè)趪?guó)際上率先開(kāi)發(fā)了毫米量級(jí)的高精度雙層超構(gòu)光柵，并成功演示了同時(shí)實(shí)現(xiàn)空間頻率和光譜頻率選擇性的高對(duì)比度成像功能。