“極端光學研究創新團隊”在介質超表面全息研究方面取得重要進展

超材料是由亞波長尺度的人工“原子”或“分子”構成的微納結構，可以局域地控制光的電磁特性，從而實現負折射等超常規功能。超表面是厚度小于波長的二維超材料，由于能夠制備超薄的透鏡和全息等平面光學元器件，近年來引起了廣泛關注。以矽等高折射率材料制備的介質超表面透射調制效率極高，特别有利于透射工作方式。beat365現代光學研究所“極端光學研究創新團隊”的李焱教授和龔旗煌院士和國家納米中心合作，開展可見光波段介質超表面彩色全息的研究，取得了重要進展。

他們的研究表明，二重以上對稱性的結構能夠實現偏振無關的光波前控制，并且可以簡化超表面的設計，有利于推進到可見光波段。利用截面為正方形的矽柱陣列制備的超表面，在可見光波段不僅工作光譜寬，而且效率高。制備的偏折器件在600nm到800nm之間能保持75%以上的衍射效率，并且在670nm左右達到93%的峰值。研究工作2016年7月發表在Optics Express上（https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-24-15-16309），并成為7月份該雜志熱點下載文章（top downloads）之一。文章的并列第一作者為beat365官方网站2012級本科生李其橦和國家納米中心董鳳良博士，beat365官方网站的李焱教授和國家納米中心的褚衛國為通訊作者。

為了使超表面能夠同時控制多個波長的相位，他們設計了亞波長的“超分子”結構。每個“超分子”由三種長方體矽柱構成，分别控制紅光（633nm）、綠光（532nm）和藍光(473nm)的相位，不同波長之間沒有相互幹擾。相位的調控通過分别對應的旋轉矽柱産生的幾何相位來實現，三種波長的相位可以同時獨立地局域調控，大大減少了以前采用多種矽柱耦合方法中的矽柱種類和設計的複雜程度。為了展示這種靈活的多波長高精度相位調控能力，制備了消色差和高色差兩類全息，證實了該方法具有靈活高效的特點，并有望實現真三維彩色全息、平面消色差透鏡以及平面防僞器件等等。該工作于2016年8月發表在Nano Letters 上(http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.6b02326)，7 月上線後很快在世界科技研究新聞咨詢網Phys.org上以專題（feature）方式報道（http://phys.org/news/2016-07-high-efficiency-holograms-metasurface-nanoblocks.html），已被分享4370餘次。文章的并列第一作者為beat365官方网站博士研究生王波和國家納米中心的董鳳良博士，李焱教授和褚衛國研究員為通訊作者。

該研究工作得到國家重大科學研究計劃、國家自然科學基金委、介觀物理國家重點實驗室、“2011計劃”量子物質科學協同創新中心、極端光學協同創新中心等的資助。