近日，实验室硕士研究生邱佳和程腾宇作为共同第一作者，在黄奕嘉副研究员指导下，联合渤海大学陈宇杰博士、香港中文大学肖天笑博士等合作者，提出了一种基于广义Pancharatnam-Berry相位的非局域超表面设计方法，成功实现了高Q因子、高效率的窄带波前调控。该研究成果以“Efficient Narrowband Wavefront Shaping with Nonlocal Metasurface Based on Generalized Pancharatnam-Berry Phase”为题发表于光学材料领域知名期刊Advanced Optical Materials（中科院二区，影响因子7.2）。

研究背景

超表面作为一种二维人工电磁结构，在波前调控方面展现出巨大潜力，广泛应用于完美吸波、光束偏折、涡旋光束生成及全息成像等领域。当前多数研究聚焦于宽带响应设计，而窄带超表面因其能在特定频率实现高效调控，在非线性光学、热辐射调控与信息加密等领域具有重要意义。实现窄带调控需具备高Q因子，传统设计在微波波段面临材料损耗大、效率低等挑战。非局域超表面通过结构间共振耦合实现窄带响应，但其设计方法仍有待进一步突破。

成果概述

本研究创新性地采用具有C3旋转对称性的超原子，通过旋转操作引入相位调制，避免复杂结构设计，极大简化了制备流程。理论分析与仿真表明，该结构通过电偶极模与电四极模的干涉形成Fano共振，是实现高性能窄带响应的关键。在无损耗情况下，理论Q因子超过2200；实际考虑材料损耗后，Q因子仍高于40，工作效率超过90%。研究团队设计并制备了一维波束偏转器与二维涡旋光束发生器。实验结果表明，仅在预设频点才能实现有效波前调控，其他频点则无响应，清晰验证了其优异的窄带选择性与频率特异性。

图1  (a)传统宽带波前调控超表面示意图；(b)窄带超表面波前调控示意图；(c-d) 圆偏振入射下，由C2超原子与C3超原子偏振转换示意图。

原文链接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.202502499

撰稿人：邱佳

编辑：苏亚荣   审核：闫从华   终审：廖磊