暨南大学在多维光场调控领域取得重要进展

日前，暨南大学物理与光电工程学院纳米光子学研究院的李宝军教授/包燕军教授团队在多维光场调控领域取得重要进展。研究团队在实验上验证了基于单个超构表面的全光参量（波长、偏振、观察角度）复用技术，成功将150个独立的信息通道集成于一体，创造了光学复用通道数量的新纪录。该成果以“High-Capacity Full-Parameter Optical Multiplexing with Metasurfaces”为题，发表于《Advanced Functional Materials》期刊上。

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单个超构表面实现平面波全光参量（波长、偏振、观察角度）复用示意图

光学复用技术可利用光的不同物理维度分别承载信息，是提升光学系统信息容量的核心技术。在各种光学参量中，波长、偏振和波矢方向（或观察角度）是平面波最核心的三个独立物理自由度。然而，以往的超构表面研究大多局限于对单个或部分参数的复用，难以将所有自由度同时整合，导致信息容量和功能维度受限。

针对这一问题，研究团队提出了一种高效的梯度优化算法。该算法能够协同优化超构表面上数百万个纳米单元的几何参数，使其能够根据入射光的波长、偏振以及观察者的角度，展现出完全不同的、预设的光学功能。通过这种精巧的设计，研究团队成功地将三个光学维度“解耦”，实现了波长、偏振和观察角度之间的独立高效率调控和信息编码，且通道间的串扰极低。基于该算法，研究团队设计并制备了相应的超构表面器件，实验上成功实现了2个偏振、3个波长和25个观察角度的组合，构成出高达150个独立的信息通道。利用这一技术，研究团队进一步实现了全彩色的动态图像显示，针对同偏振光，观察者只要改变观察角度，就能看到一幅连续播放的“全彩功夫动画”或一个“旋转的风车”，仿佛打开了一个多维信息窗口。

该工作首次实现了对光场全部基本参数的并行复用，极大地提升了光学器件的信息处理能力和功能集成度，不仅为超构表面的设计提供了新范式，也为开发超紧凑多功能光学系统铺平了道路。

暨南大学物理与光电工程学院纳米光子学研究院的包燕军教授和李宝军教授为论文共同通讯作者。

相关链接：http://doi.org/10.1002/adfm.202507120