在國家自然科學基金項目等資助下，同濟大學物理科學與(yu) 工程學院程鑫彬教授和王占山教授團隊，聯合複旦大學物理係周磊教授團隊在超表麵高效操縱電磁波領域取得進展，相關(guan) 研究成果“光頻完美異常反射器件（Perfect anomalous reflectors at optical frequencies）”於(yu) 3月2日發表於(yu) 重要學術期刊《科學進展》（Science Advances）。

近年來，超表麵由於(yu) 損耗低、可製備、易集成等特點而成為(wei) 電磁波調控研究的新平台。超表麵已經展示了豐(feng) 富的光波調控能力，但調控效率低一直是光學超表麵的瓶頸問題之一，這也成為(wei) 製約光學超表麵走向實用化甚至商業(ye) 化的關(guan) 鍵因素。

異常偏折是超表麵調控光波最基本的方式之一，也是各種複雜電磁調控和應用的基礎，如超透鏡、光譜儀(yi) 、激光雷達等。目前光學超表麵器件的異常偏折效率均低於(yu) 90%，難以滿足其在激光領域應用時效率優(you) 於(yu) 99%的需求，亟待突破異常偏折效率的科學認識，創新調控方法，獲得光頻完美異常偏折器件。超表麵異常偏折效率的科學認識主要經曆了兩(liang) 個(ge) 階段：早期研究利用相位梯度控製光束異常偏折的方向，但僅(jin) 考慮相位梯度無法給出光束異常偏折的多少，導致難以實現效率接近100%的完美異常偏折；近期研究指出完美異常偏折需要相位和振幅的協同調控，特別是振幅調控需要在超表麵不同區域同時實現增益和損耗，這對光頻超表麵異常偏折的設計提出了全新的挑戰，尚無解決(jue) 方案。

針對上述問題，研究團隊從(cong) 完美異常反射的物理要求出發，首先闡明了完美異常反射所需要的能流分布形式，提出了一維多層膜結合二維超表麵的準三維亞(ya) 波長新結構，通過準三維結構內(nei) 傳(chuan) 輸波和布洛赫波的高效耦合，增強了多重散射並提高了非局域能流調控能力，在1550納米實現了國際上效率最高的、效率優(you) 於(yu) 99%的光頻異常反射。

該研究工作以光學超表麵實用化的需求為(wei) 導向，解決(jue) 了“效率低”這個(ge) 限製其走向應用的“卡脖子”問題，有望推動基於(yu) 光學超表麵的微型光譜儀(yi) 、輕薄激光雷達等儀(yi) 器裝備的跨越式發展。

以上內(nei) 容來自同濟大學，江蘇激光聯盟陳長軍(jun) 轉載

原文信息：He T, Liu T, Xiao S, Wei Z, Wang Z, Zhou L, et al. Perfect anomalous reflectors at optical frequencies. Sci. Adv. 2022, 8(9): eabk3381.