武汉大学科研团队在超构光学领域取得新进展

近日，武汉大学电子信息学院教授李仲阳课题组(Nanophotonics & Emerging Application Laboratory, NEAL)在Nature子刊Light: Science &Applications(《光：科学与应用》)和Advanced Materials(《先进材料》)上发表了超构光芯片用于多维自由度光场操控研究的最新学术成果。

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图.(a)基于片上拓扑相位编码的左/右旋圆偏振解耦的全息光场加密；(b)多维光参量自由度加密的超构光学信息存储技术（封面）

发表在Light: Science &Applications上的论文题为“Creating Topological Exceptional Point by On-Chip All-Dielectric Metasurface”(《基于片上全电介质超构表面构造拓扑奇异点》)。电子信息学院2024级直博生易成和2023级博士生王泽静为论文共同第一作者，李仲阳和清华大学深圳国际研究生院教授宋清华为共同通讯作者，电子信息学院教授曾永全、研究员李子乐为共同作者。武汉大学为第一单位。

该研究工作围绕非厄米系统的构建与拓扑奇异点的利用展开，这一方向是当前微纳光学领域的研究热点。研究团队通过利用片上超构表面对导波传输的提取，引入非厄米特性，在片上全电介质环境下成功构造出拓扑奇异点，进而实现了对拓扑相位的有效操纵与编码。在此基础上，结合几何相位调控，如图a所示，该超构表面实现了左/右旋圆偏振光的独立全息编码，以及新型AR全息显示功能。该工作提出的全电介质的片上集成方案，有效地解决了传统依赖金属材料构建拓扑奇异点带来的固有欧姆损耗难题。该技术在下一代光信息复用存储加密以及先进光学显示技术等领域具有应用前景。

题为“Multidimensional-Encrypted Meta-Optics Storage Empowered by Diffraction-Order Decoupling”(《基于衍射级次解耦的超构光学多维信息加密存储》)的论文以封面（Front Cover）文章发表在Advanced Materials上。电子信息学院2023级硕士生赵紫瑞和2023级博士生王泽静为论文共同第一作者，李仲阳为唯一通讯作者，武汉大学为第一单位。

该研究工作针对当前超构表面多维复用与光学加密能力上的局限，提出了一种基于单晶胞解耦衍射级次的新型多维光参量自由度的加密存储策略。研究团队首先解析了微纳结构位移与不同衍射级次光相位响应之间的数学关系，利用迂回相位原理实现了出射光多个衍射级次的独立编码。在此基础上，进一步结合几何相位和色散工程设计，如图b所示，研究团队在单个超构表面系统上成功实现了对四个光参量自由维度（级次、偏振、波长、方向）的联合调控，最多可实现十六通道的全息图像编码。该工作提出的多维复用技术为多维自由度光学加密存储建立了可融合复用的理论基础，能够指数级增强信息加密安全性并降低信息泄露风险，在大容量、多维密钥、高安全性的光信息加密存储技术等方面具有重要应用潜力。

相关工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。

论文链接：1.https://www.nature.com/articles/s41377-025-01955-2；2.https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202419322