能夠精確操控光傳播方向和行為的微型器件，是先進技術發(fā)展的關鍵。據麥姆斯咨詢報道，近日，紐約市立大學研究生中心先進科學研究中心（CUNY ASRC）的研究人員在這一領域取得了重要進展：他們開發(fā)出一種新型超構表面（metasurface），可將不可見的紅外（IR）光轉換為可見（VIS）光，并在無需任何機械運動部件的情況下將光束射向不同方向。相關研究成果以“Nonlinear nonlocal metasurfaces”為題發(fā)表于eLight期刊。這種新型超構表面由一個超薄芯片構成，其表面刻蝕有尺寸小于光波長的微納結構。當受到紅外激光照射時，該芯片可將入射光轉換為更高頻率的光，并以窄光束形式輸出；只需改變入射光的偏振狀態(tài)，就能操控光束的方向。在實驗中，研究團隊將約1530 nm的紅外光（與光纖通信中常用的波長相近）轉換為約510 nm的可見綠光，并將其引導至選定角度方向。CUNY ASRC光子學計劃創(chuàng)始主任、CUNY Graduate Center杰出教授Andrea Alù表示：“你可以把它看作一個扁平的微型“聚光燈”——不僅能改變光的顏色，還能把光束射向你想要的方向，而且這一切都在一個芯片上完成。”“通過讓超構表面不同區(qū)域協同工作，我們既能實現高效率的光轉換，也能精確操控光的輸出方向。”工程師長期以來一直利用超構表面（具有納米結構的平面材料）來偏轉和調制光。但這類器件通常面臨一個權衡難題：在超構表面逐像素操控光的結構具有很高靈活性，但增強光信號的效率不高；允許光波在整個超構表面范圍內擴散并相互作用的結構效率很高，但會失去對光束形狀的精細操控。CUNY團隊的新器件首次在非線性光產生（即把一種顏色的光轉換為另一種顏色）過程中同時實現了這兩點。該器件利用一種特殊的集體共振機制——稱為準連續(xù)域束縛態(tài)（qBIC）——在整個超構表面范圍內俘獲并放大入射紅外光。與此同時，超構表面上的每個微小結構單元都按照精心設計的方式旋轉排布，使輸出光獲得與位置相關的相位分布，類似于內置的透鏡或棱鏡功能。基于這種設計，該芯片能夠產生三次諧波光（頻率為入射光三倍的光），并將新生成的光束定向輸出到特定方向。當入射光的偏振方向改變時，輸出光束方向也會隨之改變，相當于提供了一個簡單的“旋鈕”來操控光束指向。其三次諧波信號的轉換效率約為同類可整形光束但缺乏集體共振機制器件的100倍。在平面芯片上高效地產生并操控輸出新顏色的光，在多個領域具有廣泛應用潛力。論文第一作者、CUNY前博士后、現羅切斯特大學（University of Rochester）助理教授Michele Cotrufo表示：“這一平臺為超緊湊光源和片上光束操控器件開辟了道路，可用于激光雷達（LiDAR）、量子光源產生以及光信號處理等技術，并可直接集成在芯片上。”“由于這一概念由幾何結構驅動，而不是依賴某一種特定材料，因此可以推廣到多種非線性材料體系，并覆蓋不同顏色波段的光，包括紫外波段。”研究人員表示，未來的設計還可以通過堆疊或組合多個略有不同調諧參數的超構表面結構，從而在更寬的波長范圍內實現高效工作。https://doi.org/10.1186/s43593-025-00116-7
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《光學和射頻領域的超構材料和超構表面-2024版》
《光學和射頻應用的超構材料-2024版》
《激光雷達（LiDAR）技術及市場-2024版》
《汽車激光雷達（LiDAR）專利全景分析-2022版》
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