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超构表面图像显示
设计两个硅纳米棒作为超构表面的基本相干像素结构单元，从而实现光场透射的有效调控。通过独立控制两个纳米棒的转角，可以实现单层结构对振幅和相位的独立调控，从而能够在单层纳米结构上实现任意全息与平面图像的集成。更进一步，针对于彩色平面图像，可以通过硅纳米棒的尺寸（即单根纳米棒的长和宽）以及纳米棒之间的转角差的控制，实现对颜色HSB三参数的按需调控，从而将超构表面结构色的调控能力从二维的色度-饱和度平面，真正拓展到三维的色度-饱和度-强度空间 以上研究成果将丰富和拓展超构表面在图像器件方面的应用，比如实现有阴影信息的彩色图像打印，开发新型全彩平面与彩色全息图像的集成显示技术，研制基于平面和全息图像集成的纳米隐写信息安全技术等。同时，该工作中体现的相干像素设计理念也将对复杂光场调控问题提供新的解决思路和方案
中山大学
2021-04-13
非线性光学超构表面
光学超构材料（Metamaterials）的快速发展为人类提供了在亚波长尺度下调控光的传播的丰富手段。很多新奇的光物理现象，例如负折射、超分辨透镜和隐身斗篷等都可以通过设计功能基元的有效介电常数来实现。在光波段，三维纳米加工的困难和金属结构的光损耗不利于超构材料的广泛应用。自二维超构表面（Metasurface）概念提出以来，超构表面在降低三维超构材料加工难度、提高光学效率方面，特别是控制光的功能基元的几何位相等方面取得了众多突破性进展。近来，超构表面在高效率全息成像、超薄光学波片、高数值孔径的平面透镜等领域已经表现出极高的应用潜力。超构表面的研究进展极大丰富了利用超构功能基元实现对电磁场 (可见光、近红外光，太赫兹、微波等波段) 进行调控的手段，为设计新型光学元件提供了新技术。 当前，超构表面的研究主要集中在线性光学的范畴。但毫无疑问，非线性光学响应例如倍频、三倍频、光致折射率变化等过程，将为光学超构表面的功能基元赋予新的可调控自由度。此综述文章从非线性光学超构表面的材料选择、对称性，非线性手性光学超构表面，非线性光学相位调控，非线性光光束调控，光开关与调制五个方面详细介绍了非线性光学超构表面的最新进展。文章最后对非线性光学超构表面在太赫兹非线性光学、量子信息处理等领域的潜在应用的前景作了展望。
南方科技大学
2021-04-13
非线性光学超构表面
非线性光学效应在频率转换、全光开关、电光开关等领域有着重要应用，传统非线性光学晶体在激光频率转换领域已取得巨大成功。然而，随着光学计算、量子光学芯片等领域的不断发展，如何将非线性光学功能集成于微小尺寸的芯片上是光电集成领域的重要科学技术问题。近年来，光学超构表面的出现为设计与实现特定光场调控功能的新型非线性微纳光学元件提供了很好的契机。
南方科技大学
2021-04-14
非线性光学准晶超构表面
提出并制备了非线性光学准晶超构表面，并研究了超构单元局域对称性和排布方式的全局对称性对超构表面远场非线性光辐射的共同影响。该非线性光学准晶超构表面运用了基于非线性光学贝里几何相位的金属等离激元结构单元，依据经典的彭罗斯准周期拼接和具有六重对称性的六角准周期拼接形成了不同种类的准晶结构。彭罗斯结构的准周期拼接具有五重对称性，其衍射图案则具有十重对称性，这些都是晶体衍射定理所不允许的对称性。而六角准周期拼接是2017年提出的一种准周期拼接，它具有晶体衍射定理所允许的六重对称性，却并不遵从短程有序的规律。这两种拼接方式可以与某些特定的比例联系起来，这些比例由不同阶次的迭代规则决定：彭罗斯结构对应一阶迭代过程，其比例是人们熟知的“黄金分割比”，而六角准周期晶格对应三阶过程，其比例可称为“黄铜分割比”。自六角准周期晶格从理论上提出以来，本项工作中的非线性光学准晶超构表面是首个利用黄铜分割比实验实现的人工光学结构。 非线性光学准晶超构表面中不同转向的超构单元对入射基频光的响应是均匀的，因此其线性光学衍射仅能反映超构表面的全局对称性，即晶格结构决定其远场光衍射。而在倍频实验中，即出射光的频率是入射光的两倍（如1200nm 变为600nm）。由于打破了超构单元的中心反演对称性并引入了非线性光学几何相位，其非线性光学衍射与晶格结构的局域对称性、全局对称性同时相关。因此，可以通过调控超构单元的指向分布，进而有效地调控倍频光衍射中的零级。非线性光学准晶超构表面这一概念或将为设计超构表面非线性光源、人工微纳光学结构材料提供新的思路。
南方科技大学
2021-04-13
智能无线超构表面磁共振成像线圈
1.痛点问题
磁共振成像领域存在以下痛点问题：
1）图像信噪比低；
2）检查效率低；
3）高端定制困难；
4）国外技术垄断。
2.解决方案
为解决上述痛点问题，拟发展基于超构表面的磁共振成像线圈，预期产品是智能无线磁共振成像线圈，实现低场下的高分辨率成像。
清华大学
2022-07-04
超构光学透镜
以混合自适应人工智能优化程序设计出亚波长单晶硅超构表面结构，实现了相位的精确控制并减小了单晶硅结构在可见光的吸收。进一步使用该结构演示了浸镜油浸没下数值孔径为1.48的高透过率超构光学透镜。
中山大学
2021-04-13
徐亚东教授团队在《Science Advances》发表超构表面方面研究成果
电磁波/声波的轨道角动量（Orbital Angular Momentum,OAM）在粒子操控、信息传递和获取、先进通信系统等领域具有重要的应用前景。针对重大应用需求，如何实现对涡旋波OAM的自由调控是目前亟需解决的前沿问题之一。 近日，物理科学与技术学院徐亚东教授团队以“Sound vortex diffraction via topological charge in phase gradient metagratings”为题，在《Science Advances》发表论文。在之前研究成果（Y.Xu et al. Nat. Commun. 10, 2326 (2019))基础上，把发现的奇偶性相关的“光栅衍射新规律”从“自由空间”拓展到三维圆柱波导“受限空间”，创新地提出“广义拓扑荷守恒原则”，揭示了操控轨道角动量新的自由度，为操控“受限空间”中涡旋波的OAM提供了新的理论基础。在此基础上，研究团队设计并开展声波实验研究，验证了一种不对称涡旋波传输器件，该器件在基于OAM通信方面具有极大的应用价值。
苏州大学
2021-02-01
超表面透镜成像
电流变液在具有广泛的应用前景，但是目前的巨电流变液采用极性分子包覆的方法，寿命很短，无实 数值孔径是光学透镜最重要的基本参量，衡量着光学系统的收集光子能力。对于显微物镜，数值孔径 用价值。本项目已制备出纳米碳镶嵌在二氧化钛表面的颗粒，与硅油混合后得到屈服强度高、漏电流低、 越大，成像光斑越小，成像细节越清晰。常规油浸物镜由于采用了特殊的高折射率匹配液，在高分辨率成 寿命长、温度稳定性好的电流变液，达到实用的水平。计划扩大生产量，并将电流变液应用在阻尼器上， 像和浸润式光刻中更被广泛应用。超构表面结构是一种具有横向亚波长尺度的微纳光学结构，可以在不 实现实用化。
中山大学
2021-04-10
通过超构表面实现对非线性倍频光子的自旋、轨道角动量的同时调控
把具有C3旋转对称性的超构单元按照一定序构排列起来形成圆形的超构表面，超构表面携带的拓扑电荷为q，理论分析表明这类超构表面上产生的非线性谐波的自旋和轨道角动量分别为：s=±σћ；l n =(n∓1) σqћ。对应倍频谐波情况：s=-σћ；l SHG =3σqћ。因此，结合光的自旋角动量控制的非线性几何相位与拓扑电荷的概念，可以通过超构表面上实现对非线性谐波辐射过程中光的自旋、轨道角动量的同时控制。了解了相关物理机制，为如何在微纳尺度上产生并控制光的自旋、轨道角动量两个维度，设计高密度、多功能光信息处理芯片等奠定重要科学与技术基础。
南方科技大学
2021-04-13
非线性超表面加密显示
钙钛矿具有优异的非线性特性，在此基础上设计了具有特定谐振波长的光栅式超构表面，从而增强了钙钛矿三光子上转换发光(three-photon luminescence, TPL)过程。深入研究发现，这种共振增强的三光子发光同样适用于4周期超构表面，只有当入射波长是共振波长时，编码信息“NANO”才可见。这一研究成果拓展了钙钛矿超构表面在高分辨率非线性彩色纳米印刷和
哈尔滨工业大学
2021-04-14