近日，实验室硕士研究生邱佳作为第一作者，在黄奕嘉副研究员的指导下，联合香港中文大学肖天笑博士等科研人员，设计出单频六通道全空间Janus超表面，在单一频率下同时实现透射、反射多通道电磁波操控与全息加密应用。相关成果以“Full-Space Janus Metasurface with Six Independent Information Channels at a Single Frequency”为题发表于期刊 ACS Applied Materials & Interfaces（中科院二区，影响因子7.8）。

一、研究背景

超表面可依靠局域共振对电磁波相位、振幅、偏振实现精细调控，广泛用于波束偏折、涡旋波束、全息成像等紧凑型光学器件。常规超表面对双向入射电磁波呈对称响应，信息容量受限；利用非线性、时变、磁光材料打破时间反演对称的非互易设备，普遍存在体积大、成本高、效率偏低等短板。Janus超表面通过破坏面外结构对称性获得方向依赖的不对称调控能力，成为多功能光子器件热门方向。现有Janus超表面多为四通道架构，且能实验集成可独立寻址透射、反射功能的紧凑型全空间平台十分稀少，难以满足高容量、集成化电磁信息系统的发展需求，亟待拓展调控通道与全空间操控自由度。

二、成果概述

本文提出并实验验证一种六独立通道的全空间Janus超表面，包含2透射、4反射通道，相比四通道方案信息容量提升50%。研究设计解耦相位调控的非对称多谐振级联超原子，透射、反射仿真效率分别达94.3%、99.9%；采用偏振-空间分层复用架构实现六路波前独立整形。实验验证通道串扰低于−13.89 dB，平均工作效率30.15%，可分别实现多路独立波束偏转、透射聚焦与涡旋波束生成。团队进一步完成六通道全息成像验证，搭建光学秘密共享模型，需叠加两组偏振/方向密钥才能还原保密信息，为高容量安全电磁通信、集成光子处理提供全新可行方案。

全文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.6c08093

编辑：苏亚荣   审核：闫从华   终审：廖磊