中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
超構表面（Metasurfaces）在調控光的振幅、相位或偏振方面具有很高的通用性。過(guò)去十年來(lái)，從成像、全息到復雜光場(chǎng)圖案的生成，超構表面正在廣泛的領(lǐng)域探索應用機遇。不過(guò)，目前開(kāi)發(fā)的大多數光學(xué)超構表面都是獨立的光學(xué)元件，需要使用外部光源一起工作。
利用強耦合介電常數近零材料的超構表面進(jìn)行腔內時(shí)空調控
盡管超構表面在空間光場(chǎng)調控方面具有多功能性，但它們大多數只有固定的、時(shí)不變響應，并且控制光場(chǎng)時(shí)間形狀的能力有限。為了克服這些限制，研究人員正在研究利用非線(xiàn)性超構表面進(jìn)行時(shí)空光場(chǎng)調控的方法。然而，大多數用于構建超構表面的材料本身僅具有相對有限的非線(xiàn)性光學(xué)響應。
近場(chǎng)耦合具有極高非線(xiàn)性光學(xué)響應的介質(zhì)是解決上述問(wèn)題的方案之一。介電常數近零材料（ENZ）是一類(lèi)新興的介電常數幾乎為零的材料，近年來(lái)備受關(guān)注。例如，氧化銦錫（ITO）是一種導電金屬氧化物，廣泛用作太陽(yáng)能電池和消費電子產(chǎn)品中的透明電極，在近紅外區域通常具有超過(guò)零的介電常數。介電常數近零材料的線(xiàn)性折射率接近零，具有極高的非線(xiàn)性折射率和非線(xiàn)性吸收系數。
清華大學(xué)和中國科學(xué)院的研究人員近期在A(yíng)dvanced Photonics期刊發(fā)表了一篇題為“Intracavity spatiotemporal metasurfaces”的論文，通過(guò)在光纖激光腔中將介電常數近零材料直接耦合超構表面，產(chǎn)生了具有定制時(shí)空輪廓的激光脈沖。
研究人員利用由空間不均勻各向異性金屬納米天線(xiàn)制成的超構表面的幾何相位來(lái)調整輸出激光束的橫模。介電常數近零材料耦合系統的巨大非線(xiàn)性可飽和吸收，可以通過(guò)Q-switching過(guò)程產(chǎn)生脈沖激光。為了提供原型驗證，研究人員構建了一種具有不同拓撲電荷的微秒脈沖渦旋激光器。
腔內時(shí)空調控
這項研究工作為以緊湊的尺寸構建具有定制時(shí)空模式輪廓的激光器提供了一條新途徑。為了進(jìn)一步實(shí)現系統小型化，可以將超構表面集成在光纖端面上。該論文通訊作者、清華大學(xué)精密測試技術(shù)與儀器國家重點(diǎn)實(shí)驗室楊原牧副教授表示：“我們希望這項研究可以進(jìn)一步探索用于空間光場(chǎng)調控的超構表面多功能性，其巨大且可定制的非線(xiàn)性可用于產(chǎn)生任意時(shí)空輪廓的激光束。這種創(chuàng )新方法有望為下一代微型脈沖激光源鋪平道路，可用于光捕獲、高密度光存儲、超分辨率成像以及3D激光光刻等多種應用?！?/p>
