近日，我院代尘杰课题组在物理化学类权威期刊The Journal of Physical Chemistry Letters（Nature Index期刊，IF = 4.5，二区Top）和光学经典期刊Optics Express（IF = 3.4）上发表了多篇超构表面用于波长选择性光场操控的研究成果。

论文一题为“Switchable Visible-Frequency Monochromatic Focusing via a Liquid-Tunable Metalens”（《浸液可调超构透镜实现可见光波段单色聚焦切换》），发表在The Journal of Physical Chemistry Letters上。我院2024级物理学专业硕士生董小锋为论文第一作者，通讯作者为程书博教授与代尘杰教授，长江大学为唯一署名单位。

主动式超构透镜的研究能够克服静态聚焦的局限性，为可调谐功能性成像提供极具前景的新路径。该研究提出了一种基于液体浸润机制的主动式超构透镜，通过设计微纳单元的光学响应，超构透镜能够在可见光波段实现可定制的单色光学聚焦。利用液体浸润导致微纳结构周围的环境折射率变化，能够实现连续的单色聚焦波长调控。随着浸润液体的折射率从1（空气）增加到1.58（甲基苯胺），超构透镜的单色聚焦波长连续且有效地从475 nm（蓝光）调整到655 nm（红光），调谐范围大于180 nm，如图1所示，有望在动态聚焦和多光谱成像等领域具有实际应用价值。论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.6c02487

图1. 浸液调控超构透镜实现可切换单色光学聚焦的功能示意图。

论文二题为“Nanocavity-Integrated Trapezoid Metasurfaces for High-Efficiency Spectral-Selective Anomalous Deflection”（《用于高效光谱选择性偏折的纳米腔集成梯形超构表面》），发表在Optics Express上。我院2024级物理学专业硕士生周倩倩为论文第一作者，通讯作者为代尘杰教授，长江大学为唯一署名单位。

该研究通过将梯形超构表面与法布里-珀罗型纳米腔在光传播方向上集成，能够实现光谱滤波与相位调制的功能性集成。通过构建基于硅的纳米腔与梯形结构，所提出的超构表面在红光波段下实现了高透射率（> 80%）的波长选择性光束偏折，波长带宽小于65 nm，如图2所示，克服了金属基法布里-珀罗型纳米腔的高损耗问题。此外，通过调整纳米腔的腔长和优化梯形结构的几何参数，窄带偏折的工作波长能够在可见光范围（450 -650 nm）内任意定制。所提出的超构表面与半导体制造工艺兼容，在光谱分析、颜色路由等方面具有应用潜力。论文链接：https://doi.org/10.1364/OE.608700

图2. 高效光谱选择性偏折的纳米腔集成梯形超构表面

论文三题为“Wavelength-Driven Resonance-Switchable Metasurface for Arbitrary Spectral-Selective Specular Reflection and Diffraction”（《波长驱动的共振可切换超表面实现任意光谱选择性镜面反射与衍射》），发表在Optics Express上。我院2024级电子信息专业硕士生刘天宇为该论文第一作者，通讯作者为代尘杰教授与武汉理工大学邓联贵教授和李嘉鑫博士，长江大学为署名第一单位。

该研究提出了一种反射式纳米腔与三角形微纳结构集成的超构表面，利用不同波长下法布里-珀罗共振与间隙表面等离激元共振的选择性激发，在法布里-珀罗共振波长下，超构表面对入射光实现镜面反射；其他波段的光，主要受到三角形微纳结构与纳米腔之间的间隙表面等离激元共振作用，反射光被赋予连续的相位梯度，能够实现宽带光束偏折。此外，通过改变纳米腔的腔长并优化三角形结构的几何参数，能够在整个可见光波段任意定制窄带镜面反射与宽带衍射的工作波长，如图3所示，在颜色路由、光谱滤波以及光信号处理等领域具备应用潜力。论文链接：https://doi.org/10.1364/OE.611518

图3. 实现光谱选择性镜面反射与衍射超构表面的功能示意图

未来，研究团队将继续聚焦光学超构表面在多功能光场操控、光学成像等领域，开展具有实际应用价值的创新研究。以上研究工作得到了国家自然科学基金、湖北省自然科学基金和中国博士后基金的支持。

（审核 张华峰   编辑 梁军）