武漢大學李仲陽課題組在多維自由度操控的超構光學領域取得新進展

　　【儀表網 研發快訊】近日，武漢大學電子信息學院教授李仲陽課題組(Nanophotonics & Emerging Application Laboratory, NEAL)在Nature子刊Light: Science &Applications(《光：科學與應用》)和Advanced Materials(《先進材料》)上發表了超構光芯片用于多維自由度光場操控研究的最新學術成果。
 

　　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光學信息存儲技術(封面)
 

　　發表在Light: Science &Applications上的論文題為“Creating Topological Exceptional Point by On-Chip All-Dielectric Metasurface”(《基于片上全電介質超構表面構造拓撲奇異點》)。電子信息學院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，電子信息學院教授曾永全、研究員李子樂為共同作者。武漢大學為第一單位。
 

　　該研究工作圍繞非厄米系統的構建與拓撲奇異點的利用展開，這一方向是當前微納光學領域的研究熱點。研究團隊通過利用片上超構表面對導波傳輸的提取，引入非厄米特性，在片上全電介質環境下成功構造出拓撲奇異點，進而實現了對拓撲相位的有效操縱與編碼。在此基礎上，結合幾何相位調控，如圖a所示，該超構表面實現了左/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的片上集成方案，有效地解決了傳統依賴金屬材料構建拓撲奇異點帶來的固有歐姆損耗難題。該技術在下一代光信息復用存儲加密以及先進光學顯示技術等領域具有應用前景。
 

　　題為“Multidimensional-Encrypted Meta-Optics Storage Empowered by Diffraction-Order Decoupling”(《基于衍射級次解耦的超構光學多維信息加密存儲》)的論文以封面(Front Cover)文章發表在Advanced Materials上。電子信息學院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，武漢大學為第一單位。
 

　　該研究工作針對當前超構表面多維復用與光學加密能力上的局限，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構位移與不同衍射級次光相位響應之間的數學關系，利用迂回相位原理實現了出射光多個衍射級次的獨立編碼。在此基礎上，進一步結合幾何相位和色散工程設計，如圖b所示，研究團隊在單個超構表面系統上成功實現了對四個光參量自由維度(級次、偏振、波長、方向)的聯合調控，最多可實現十六通道的全息圖像編碼。該工作提出的多維復用技術為多維自由度光學加密存儲建立了可融合復用的理論基礎，能夠指數級增強信息加密安全性并降低信息泄露風險，在大容量、多維密鑰、高安全性的光信息加密存儲技術等方面具有重要應用潛力。
 

　　相關工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目的支持。