近日，武漢大學(xué)電子信息學(xué)院教授李仲陽課題組(Nanophotonics & Emerging Application Laboratory, NEAL)在Nature子刊Light: Science &Applications(《光：科學(xué)與應(yīng)用》)和Advanced Materials(《先進材料》)上發(fā)表了超構(gòu)光芯片用于多維自由度光場操控研究的最新學(xué)術(shù)成果。
 

　　圖.(a)基于片上拓撲相位編碼的左/右旋圓偏振解耦的全息光場加密；(b)多維光參量自由度加密的超構(gòu)光學(xué)信息存儲技術(shù)(封面)
 

　　發(fā)表在Light: Science &Applications上的論文題為“Creating Topological Exceptional Point by On-Chip All-Dielectric Metasurface”(《基于片上全電介質(zhì)超構(gòu)表面構(gòu)造拓撲奇異點》)。電子信息學(xué)院2024級直博生易成和2023級博士生王澤靜為論文共同第一作者，李仲陽和清華大學(xué)深圳國際研究生院教授宋清華為共同通訊作者，電子信息學(xué)院教授曾永全、研究員李子樂為共同作者。武漢大學(xué)為第一單位。
 

　　該研究工作圍繞非厄米系統(tǒng)的構(gòu)建與拓撲奇異點的利用展開，這一方向是當(dāng)前微納光學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。研究團隊通過利用片上超構(gòu)表面對導(dǎo)波傳輸?shù)奶崛。敕嵌蛎滋匦裕谄先娊橘|(zhì)環(huán)境下成功構(gòu)造出拓撲奇異點，進而實現(xiàn)了對拓撲相位的有效操縱與編碼。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合幾何相位調(diào)控，如圖a所示，該超構(gòu)表面實現(xiàn)了左/右旋圓偏振光的獨立全息編碼，以及新型AR全息顯示功能。該工作提出的全電介質(zhì)的片上集成方案，有效地解決了傳統(tǒng)依賴金屬材料構(gòu)建拓撲奇異點帶來的固有歐姆損耗難題。該技術(shù)在下一代光信息復(fù)用存儲加密以及先進光學(xué)顯示技術(shù)等領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。
 

　　題為“Multidimensional-Encrypted Meta-Optics Storage Empowered by Diffraction-Order Decoupling”(《基于衍射級次解耦的超構(gòu)光學(xué)多維信息加密存儲》)的論文以封面(Front Cover)文章發(fā)表在Advanced Materials上。電子信息學(xué)院2023級碩士生趙紫瑞和2023級博士生王澤靜為論文共同第一作者，李仲陽為唯一通訊作者，武漢大學(xué)為第一單位。
 

　　該研究工作針對當(dāng)前超構(gòu)表面多維復(fù)用與光學(xué)加密能力上的局限，提出了一種基于單晶胞解耦衍射級次的新型多維光參量自由度的加密存儲策略。研究團隊首先解析了微納結(jié)構(gòu)位移與不同衍射級次光相位響應(yīng)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，利用迂回相位原理實現(xiàn)了出射光多個衍射級次的獨立編碼。在此基礎(chǔ)上，進一步結(jié)合幾何相位和色散工程設(shè)計，如圖b所示，研究團隊在單個超構(gòu)表面系統(tǒng)上成功實現(xiàn)了對四個光參量自由維度(級次、偏振、波長、方向)的聯(lián)合調(diào)控，最多可實現(xiàn)十六通道的全息圖像編碼。該工作提出的多維復(fù)用技術(shù)為多維自由度光學(xué)加密存儲建立了可融合復(fù)用的理論基礎(chǔ)，能夠指數(shù)級增強信息加密安全性并降低信息泄露風(fēng)險，在大容量、多維密鑰、高安全性的光信息加密存儲技術(shù)等方面具有重要應(yīng)用潛力。
 

　　相關(guān)工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等項目的支持。