超构表面2.0-专刊

伴随着人工智能、5G通讯以及高端芯片等信息技术的飞速发展,大容量大带宽的光学信息传输、处理和存储技术成为必然趋势。对高性能和高集成度的光学信息技术以及轻量化、微型化和集成化的纳米光学器件的迫切需求,驱动研究人员不断开发微纳尺度下的光场调控技术。然而,自然材料远远不能满足人们对微纳尺度下光场灵活多样调控的需求。尽管超构材料(Metamaterials)展现出超越自然材料的物理特性及强大的光波调控能力,基于三维亚波长人工微结构的超构材料存在损耗高、加工难、不易集成等问题,这制约了其发展及实用。

2011-12年间,哈佛大学、普渡大学,复旦大学等多个团队几乎同期提出了超构表面(Metasurfaces)的新概念,即由亚波长尺度平面型人工原子按特定序构方式排列形成的二维超构材料。这类人工原子可视为局域的微纳光学天线,通过精心设计可实现对光波偏振、相位、振幅等局域特性的任意调控,从而构建新奇物理现象和微纳光学器件。由于超构表面具有高集成度、平面化、制备工艺简单、低损耗等优势,极大满足人们对未来小型化、高集成、多功能光学器件的需求,其一经提出即成为近年来相关学科的研究热点。

自概念首次提出,基于超构表面的光场调控新原理、新技术以及新应用即不断涌现:从转角光学到连续体束缚态现象,从共振相位、几何相位、传输相位到迂回相位调控机制,从单一相位、多维度多参量到拓扑态调控技术,从全息图像、超构透镜到图像处理应用,等等。这使得超构表面成为一个快速发展的前沿研究领域。随着我国基础研究和科学技术水平的整体提升,我国在超构表面光场调控领域也取得了一系列突出成果。 «中国光学»适时推出“超构表面2.0”专题, 总结该领域在过去十年所取得的阶段性成果,以及面临的机遇和挑战,并对该领域未来的发展方向进行展望。

专题得到了国内及海外知名专家学者的积极响应,共收录21篇论文,其中包括15篇高质量的特邀综述和6篇特邀研究论文。专题分别以“新原理篇”“新技术篇”“新应用篇”三个方向进行介绍,涵盖物理学、微加工、信息技术等方面的前沿工作, 充分反映了最新研究成果和研究进展。在此,我们对给予本专题大力支持的专家学者们表示衷心的感谢,并期待本专题的出版推动我国在超构表面基础研究和应用推广两方面的发展。


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