01
光源时空相干性工程研究
来源：optics光学世界
文献内容简介
山东师范大学蔡阳健团队、西湖大学詹其文团队和戴尔豪斯大学Ponomarenko团队从理论和实验两方面证明，光源的相干宽度和结构等特征可以在时空域中进行精确调控。
关键名词解释
- 时空相干性：描述光波在时间和空间两个维度上的相干特性，包括时间相干性和空间相干性。
- 相干宽度：光源在空间中保持相干性的最大横向距离。
- 相干结构：光源在时空域中相干特性的分布形式。
- 时空域调控：通过特定方法对光在时间和空间两个维度上的特性进行控制。
创新点总结
- 研究团队首次从理论和实验两方面实现了对光源时空相干性的精确调控。
- 提出了调控光源相干宽度和结构的新方法。
- 该研究为光学系统设计和光场操控提供了新的理论基础和技术途径。
02
片上超表面单光子斯格明子源
来源：超表面学习之路
文献内容简介
南丹麦大学团队提出metaQE平台，将纳米金刚石中的色心发射与片上等离激元超表面耦合，实现了在片上、室温、单光子层面可控地产生拓扑光场斯格明子。该研究通过设计超构原子的手性和方位排布，成功实现了反斯格明子、高阶反斯格明子和斯格明子袋等不同单光子拓扑纹理，为量子信息和高维单光子编码提供了新的集成路径。
关键名词解释
- 光学斯格明子：将偏振、相位和轨道角动量等自由度编织成具有拓扑稳定性的光场纹理。
- 量子发射体：纳米尺度发光中心，如NV中心和GeV中心，可发射单光子。
- 表面等离激元极化激元(SPPs)：量子发射体激发的电磁模式，可扩展有限空间尺寸的量子发射体。
- 超构原子：超表面的基本构建单元，具有特定的电磁响应特性。
- 自旋-轨道矢量态：光子的自旋角动量和轨道角动量耦合形成的特定量子态。
- Stokes参数：描述光偏振态的一组参数，用于可视化斯格明子纹理。
- NV中心：氮-空位色心，金刚石中的点缺陷，可作为单光子源。
- GeV中心：锗-空位色心，金刚石中的点缺陷，可作为高效单光子源。
- 二阶相关函数g²(0)：表征光源单光子特性的参数，g²(0)<0.5表示单光子特性良好。
创新点总结
- 提出了metaQE平台，将量子发射体与片上等离激元超表面集成，实现了片上结构化量子光源。
- 通过设计超构原子的手性和方位排布，成功实现了多种拓扑光场纹理，包括反斯格明子、高阶反斯格明子和斯格明子袋。
- 在NV中心和GeV中心中验证了平台的通用性，GeV器件在室温下实现了7×10⁴ counts/s的光子计数率和g²(0)<0.5的单光子特性。
- 将"超表面结构光"推进到"片上结构化量子光源"，为量子信息和高维单光子编码提供了新的集成路径。
03
双物理场可编程超表面
来源：optics光学世界
文献简介
东南大学蒋卫祥、崔铁军院士团队提出了一种双物理可编程超表面，由324个微型电机驱动单元组成，能够同时、独立且动态地操控声波和电磁波。每个单元通过动态几何旋转实现声波和电磁波反射相位的1比特调制，展示了局部音频增强、射频中继通信以及声电磁双通道信息伪装等应用。
关键名词解释
- 超表面：一种人工设计的二维亚波长结构阵列，能够对电磁波或声波进行灵活调控。
- 双物理场：指同时涉及声学和电磁学两个物理领域的特性。
- 1比特调制：指信号只有两种离散状态（0和1）的调制方式，在此文中指反射相位只有两种可能值。
- 可编程超表面：能够通过外部控制动态改变其电磁或声学响应特性的超表面。
- 非视距通信：信号发射方和接收方之间没有直接视线连接的通信方式。
- 正交相移键控：一种数字调制技术，通过载波相位的离散变化来传输数字信息。
创新点总结
- 提出了能够同时独立调控声学和电磁波的双物理场可编程超表面。
- 设计了由324个微型电机驱动单元组成的超表面结构，每个单元均可独立寻址并进行无线控制。
- 实现了通过动态几何旋转对声波和电磁波反射相位进行1比特调制。
- 展示了超表面在局部音频增强、射频中继通信以及声电磁双通道信息伪装方面的应用能力。
- 实现了宽带电磁波束偏转和声波聚焦功能。
04
无源/有源联合超表面实现稳定散射与动态电磁调控
来源：超表面学习之路
文献内容简介
东南大学崔铁军团队提出了一种无源/有源联合超表面(PAJM)，在同一反射型超原子中同时引入几何结构相位和变容二极管调制，实现了无源模式下的稳定RCS缩减和有源模式下的动态电磁调控。该研究通过24×24超原子原型验证了器件在无源模式下可实现约20 dB单站RCS降低，在有源模式下可支持实时后向反射和可编程波束赋形。
关键名词解释
- 超表面：一种由亚波长尺寸的人工原子单元组成的二维平面结构，能够对电磁波进行灵活调控。
- 无源超表面：不需要外部能量供应即可实现特定电磁功能的超表面，通常具有固定特性。
- 有源超表面：通过引入有源器件(如变容二极管)实现电磁特性可调的超表面，需要外部偏置电源。
- RCS缩减：雷达散射截面缩减，降低目标在雷达探测中的可见度。
- 1-bit编码：二进制编码，每个单元只有两种状态(0或1)。
- 2-bit编码：四进制编码，每个单元有四种状态(00、01、10、11)，可实现更精细的相位控制。
- 波束赋形：通过调整阵列各单元的相位分布，控制电磁波束的方向和形状。
- 变容二极管：一种电容值随反向偏置电压变化的半导体器件，用于实现电磁特性的动态调控。
创新点总结
- 提出了在同一超原子中集成无源和有源调控机制的新设计方法。
- 实现了无源模式下1-bit编码的稳定RCS缩减功能。
- 实现了有源模式下2-bit可编程相位编码和偏振转换功能。
- 设计了包含24×24×4个变容二极管的原型器件，验证了概念可行性。
- 实验证明无源模式下可实现约20 dB单站RCS降低。
- 验证了有源模式下的实时后向反射功能，可针对不同入射角进行响应。
- 实现了在无源双波束背景下的可编程单主瓣波束控制。
- 为低功耗可重构智能表面、目标跟踪与电磁隐身兼容提供了硬件实现路径。
05
非局域超表面中三次谐波产生的波前控制和强度调制
来源：optics光学世界
文献简介
北京大学古英团队利用非局域相位梯度超表面，在理论上演示了高效的三次谐波产生(THG)，并实现了偏振相关的波前控制和强度调制。通过共振时的非局域非线性几何相位，实现了三次谐波光的偏转，并通过引入二次基频光束实现了THG效率的大范围调谐。
关键名词解释
- 三次谐波产生(THG)：一种非线性光学过程，其中三个入射光子相互作用产生一个频率为三倍、波长为三分之一的新光子。
- 非局域超表面：一种具有非局域响应特性的超表面，其电磁响应不仅取决于局部场，还依赖于周围场的分布。
- 相位梯度超表面：具有空间变化相位响应的超表面，可用于控制光波的传播方向。
- 偏振相关：光学器件对不同偏振状态的光具有不同的响应特性。
- 转换效率：输出光功率与输入光功率的比值，用于衡量非线性光学过程的效率。
- 二次基频光束：频率为入射光两倍的光束，用于调制主光束产生的三次谐波。
- 准BIC(准束缚态在连续谱)：一种接近理想束缚态的态，具有高品质因子和场增强特性。
创新点总结
- 首次在理论上演示了利用非局域相位梯度超表面实现高效的三次谐波产生。
- 通过非局域非线性几何相位实现了偏振相关的三次谐波波前控制，可将不同偏振的三次谐波光偏转到±2级和±4级衍射光。
- 在1 GW/cm²的泵浦强度下，实现了高达1.45 × 10⁻⁴的三次谐波转换效率。
- 通过引入二次基频光束，实现了三次谐波强度的大范围调制，效率可从3.9 × 10⁻⁹调谐到5.5 × 10⁻³。
- 结合了局域和非局域超表面的优势，为片上非线性光子器件和信号处理提供了新思路。
06
自旋错位超表面实现高安全嵌套光学加密
来源：超表面学习之路
文献内容简介
中科院光电所蒲明博/罗先刚团队提出自旋错位超表面，通过将左旋和右旋圆偏振光对应的两个自旋通道在空间上横向错开，实现了高安全嵌套光学加密。该方案结合物理错位、矢量相干合成和多维复用技术，制备了1.5 mm×1.5 mm纳米压印超表面，实现了36通道远场全息和近场密钥图像的同时传输，并支持多用户并行解密。
关键名词解释
- 自旋错位超表面：一种故意将左旋和右旋圆偏振光对应的相位分布在空间上横向错开的超表面结构，单独或错误组合时无法重建有意义图像。
- 矢量相干合成系统(VCSS)：由两片PB相位光栅组成的系统，用于补偿自旋错位超表面中的横向错位，实现图像清晰重建。
- OAM模式：轨道角动量模式，光束的一种螺旋相位结构，不同拓扑荷值对应不同的螺旋结构。
- 近场纳米印刷图像：在超表面近场区域可观察到的纳米尺度图像，可作为解密远场全息的密钥。
- 远场全息图像：在超表面远场区域重建的全息图像，包含实际传输的信息内容。
- 嵌套加密：一种加密方式，将密钥信息隐藏在近场图像中，而实际信息编码在远场全息中，需要先解锁近场密钥才能解密远场信息。
- 差异映射编码：一种编码方案，为不同用户提供专属码本，使同一超表面可面向多用户并行传输不同消息。
创新点总结
- 提出将左旋和右旋圆偏振光对应的两个自旋通道在空间上故意横向错开的设计思路，显著提高了光学安全性。
- 设计并实现了由两片PB相位光栅组成的矢量相干合成系统(VCSS)，用于补偿自旋错位，实现图像清晰重建。
- 制备了1.5 mm×1.5 mm纳米压印超表面，实现了2个偏振态、9个OAM模式和2个重建平面的36通道远场全息，同时保留近场密钥图像。
- 引入"近场字符-远场密钥"的差异映射编码方案，使同一片超表面可面向多用户并行传输不同消息。
- 提出的方案必须同时具备超表面样品、VCSS、用户专属码本和解密顺序才能恢复信息，大大提高了抗未授权解密能力。
07
交互式可寻址有机超构器件
来源：optics光学世界
文献简介
斯图加特大学Na Liu团队开发了一种交互式可寻址的有机超构器件，通过将超薄聚苯胺与等离子体纳米天线共形集成，实现了具有局部电化学调制的可独立切换的超表面像素。该器件利用平面扇出结构构建二维超表面阵列，每个像素电子隔离且在亚伏电压下驱动，实现毫秒级切换动态，并能将用户输入转换为像素级电压模式，生成可重构全息投影。
关键名词解释
- 超构器件：由人工设计的亚波长结构组成的光学元件，能够调控光的传播特性。
- 等离子体纳米天线：利用表面等离子体共振效应的纳米尺度金属结构，用于增强光与物质的相互作用。
- 聚苯胺：一种导电聚合物，具有电化学可调性，可用于改变光学特性。
- 电化学调制：通过电化学反应改变材料性质的过程，在此用于调控超表面的光学响应。
- 超表面像素：超表面的基本单元，每个像素可独立控制，实现局部光学功能。
- 全息投影：利用干涉原理记录和再现物体三维图像的技术。
创新点总结
- 实现了具有局部电化学调制的可独立切换的超表面像素阵列。
- 开发了平面扇出结构，使每个像素电子隔离，避免相互干扰。
- 器件在亚伏电压下驱动，实现毫秒级的快速切换动态。
- 构建了用户驱动的电子控制回路，将用户输入转换为像素级电压模式。
- 实现了可重构的全息投影，支持从字母数字字符渲染到交互式游戏等多种功能。
- 像素级测量表明器件具有均匀的电化学行为和可忽略的电串扰。
- 在动态演化的全息场景中运行稳定，展示了有机超构表面作为用户可编程光子系统的潜力。