《少層超表面高效調控光學特性和新型光場研究》是依託南開大學，由程化擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：少層超表面高效調控光學特性和新型光場研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：程化
- 依託單位：南開大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
超表面對電磁波相位、偏振、振幅、傳播模式等特性有著強大的調控能力，成為近幾年超材料的重要發展方向和研究熱點之一。然而，單層超表面存在轉換效率低，不能同時操控相位、偏振和振幅等局限性。少層超表面可以引入新的自由度和物理機制，能有效解決單層超表面的諸多局限。本項目擬從理論和實驗兩方面開展少層超表面高效調控光學特性和新型光場的研究，通過層之間串級、耦合、共振或干涉等新型物理機制，實現對光束相位、偏振、振幅及多參量聯合的完全調控，研究其新型光學效應和新型光場的產生、提高和調控；基於不同波段材料的吸收特性，設計金屬、電介質矽或金屬-電介質矽複合少層超表面，實現高轉換效率的新型效應和新型光場；將石墨烯加入到少層超表面的關鍵位置，進行少層超表面光學特性和新型光場的動態調控研究。我們希望通過本項目的開展，推動少層超表面在納米光子學器件中的套用發展，爭取在該領域的國際研究中形成自己的特色和優勢。
結題摘要
超表面對電磁波相位、偏振、振幅、傳播模式等特性有著強大的調控能力，成為近幾年超材料的重要發展方向和研究熱點之一。然而，單層超表面存在轉換效率低，不能同時操控相位 、偏振和振幅等局限性。少層超表面可以引入新的自由度和物理機制，能有效解決單層超表面的諸多局限。本項目擬從理論和實驗兩方面開展少層超表面高效調控光學特性和新型光場的研究，實現對光束相位、偏振、振幅及多參量聯合的完全調控，研究其新型光學效應和新型光場；實現高轉換效率的新型效應和新型光場；將石墨烯加入到少層超表面的關鍵位置，進行少層超表面光學特性和新型光場的動態調控研究。主要研究成果如下：（1）設計了少層超表面，分析了層與層之間的作用機制，對光場特性如偏振、相位、振幅等進行了調控。實現透射效率達到60%的非對稱透射以及轉換效率54%的偏振轉換；實現了異常折射、完美吸收等新效應。（2）實現新型光場的產生和調控，如相位和振幅可調節的艾里光束；實現新套用如大角度（0-60°）的高效率、高數值孔徑且工作波段覆蓋從1100nm到1700nm的傅立葉微透鏡；實現偏振依賴、飽和度可調的結構色以及全色度70%到90%的超高飽和顏色。（3）利用石墨烯超表面實現了效率動態可調的5階異常折射和15階拉蓋爾高斯光束；設計二硫化鉬少層超表面實現偏振不靈敏的超薄近完美吸收器；基於PB相位的非線性編碼超表面，在非線性光學效應中來設計多維信息通道，實現光信息的多路復用。
