徐孝浩 1,2高文禹 1,2李添悦 3,4邵天骅 3,4[ ... ]姚保利 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室,陕西 西安 710119
2 中国科学院大学,北京 100049
3 南京大学固体微结构物理国家重点实验室,南京大学物理学院,江苏 南京 210093
4 南京大学人工微结构科学与技术协同创新中心,江苏 南京 210093
5 浙江大学光电科学与工程学院,浙江 杭州 310027
光学超构表面凭借其小型化集成化的优势和对光场出色的调控能力,近年来已被深入应用于光学微操控技术研究,这标志着该交叉领域进入了新的发展阶段。特别地,由于超构表面的尺寸在亚波长级别,具有被光场驱动从而产生机械运动的潜力,这一特性为新一代光驱动的人工微机器人提供了重要的理论基础和技术支撑。本文依次从光学微操控的基本原理和超表面的相位机制出发,详细回顾了基于超构表面的多种微操控器件,包括超构表面光镊、多功能微操控系统、超构机械等,并结合微纳结构的拓扑光学性质,对拓扑光操控等新奇效应进行了探讨。最后,本文展望了超构表面微操纵技术的未来发展方向和目标。
超构表面 光学微操控 光镊 光子力学 
光学学报
2024, 44(5): 0500001
作者单位
摘要
南京大学物理学院,固体微结构物理国家重点实验室,江苏 南京 210093
光谱成像 超构表面 滤波器 spectral imaging metasurface filter 
光电工程
2023, 50(8): 230139
作者单位
摘要
南京大学物理学院固体微结构物理国家重点实验室,江苏 南京 210093
连续域束缚态(BIC)是一种特殊本征态,它与扩展态共存却具有强烈的局域性,不向自由空间辐射能量。自1929年被发现以来,BIC的相关理论与实验都取得了长足发展,成为当前的一个热门研究方向。在BIC研究的众多方向中,光子学是BIC研究中的一个重要平台,在非线性光学、传感与滤波、波导与通信等方向都有应用。本文回顾了BIC的研究历史并系统地介绍了光子学领域中BIC的分类及产生机制;归纳了几种常用的理论分析方法,并讨论了光子学BIC现有的应用以及未来展望。
光子学 连续域束缚态 高品质因子 涡旋奇点 
光学学报
2023, 43(16): 1623008
Author Affiliations
Abstract
1 National Laboratory of Solid State Microstructures, School of Physics, Nanjing University, Nanjing 210093, China
2 Key Laboratory of Intelligent Optical Sensing and Manipulation, Ministry of Education, Nanjing University, Nanjing 210093, China
3 Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, Nanjing 210093, China
The metasurface is a platform with a small footprint and abundant functionalities. With propagation phase and geometric phase, polarization multiplexing is possible. However, different response behaviors of propagation phase and geometric phase to wavelength have not been fully employed to widen the capabilities of metasurfaces. Here, we theoretically demonstrate that metasurfaces can achieve near-field and far-field decoupling with the same polarization at two wavelengths. First, we found a set of pillars whose propagation phase difference between two wavelengths covers the full range of 2π. Then, by rotating pillars to control the geometric phase, the phase at both wavelengths can cover the full range of 2π. Finally, by means of interference principle, arbitrary independent coding for the near field and far field of dual wavelengths is realized. In addition, when the far-field function is focusing, the focused spot is close to the diffraction limit, and, when the NA of the lens is very small, the final output focal length is four times of initial input focal length. This work circumvents the strong wavelength-dependent limitation of planar devices and paves the way toward designing multi-wavelength and multi-functional metadevices for scenarios such as AR applications, fluorescence microscopy, and stimulated emission depletion microscopy.
metasurfaces multiplexing dual-wavelength decoupling 
Chinese Optics Letters
2023, 21(2): 023602
作者单位
摘要
南京大学物理学院固体微结构物理国家重点实验室,江苏 南京 210093
从分析超构单元的相位调控原理入手,讨论如何利用多个光学自由度实现多功能的光学响应。作为验证,以非晶硅矩形纳米柱组成的超构表面为例,展示了不同相位机制对光场的多维度调控能力。该研究为超构表面的灵活设计提供理论支持,同时对多功能超构器件的研究进展进行介绍和展望。
物理光学 超构材料 相位调控 复用技术 偏振光学 
光学学报
2022, 42(21): 2126004
作者单位
摘要
固体微结构国家重点实验室,南京大学物理学院, 江苏 南京 210093

超构表面是利用二维平面微纳结构调控光场的光学元件。近年来,超构表面在量子光学中的研究和应用受到越来越广泛的关注。超构表面能够实现量子器件的小型化和集成化,提高量子光源的发光效率和光源质量。结合量子光学和超构表面两个领域,介绍了量子等离激元、运用超构表面优化量子光源、运用超构表面测量和操纵量子态、量子光学的应用,以及量子发光体的量子真空调控这5个方面的最新研究进展,最后进行总结和展望。

量子光学 超构表面 量子光源 量子态 
光学学报
2022, 42(3): 0327006
作者单位
摘要
南京大学 固体微结构物理国家重点实验室,物理学院,江苏南京 210093
超构表面是由精心设计和排布的亚波长纳米单元组成的平面元件,其可以在微观尺度下调制电磁场,从而实现波前的任意调控。目前,它已被用来灵活地操纵相位、偏振、振幅等各种光学参数。超构透镜是超构表面中相当重要且非常活跃的一个研究方向,由于其厚度在波长量级,与传统光学透镜相比,能够显著增加光学器件的集成度并且降低结构复杂度。但是,单元结构材料的固有色散以及结构几何形状衍射效应导致的色差会严重影响超构透镜的成像质量,从而限制了其在光电子器件中的潜在应用。本文首先讨论超构透镜控制色差的原理。随后回顾了几种重要的成像应用,包括分立波长消色差,宽带聚焦成像,光场成像等重要的成像系统。最后,本文对超构透镜未来的发展方向和应用前景做出展望。
超构表面 超构透镜 消色差 色差调控 metasurface metalens achromatic chromatic aberration control 
中国光学
2021, 14(4): 764
作者单位
摘要
南京大学 物理系 固体微结构物理国家重点实验室,江苏 南京 210093
近年来,超构表面在经典光场调控领域受到了广泛的关注,获得了优异的成果。同时,超构表面在非线性光学和量子光学方面的应用也引起了人们越来越多的兴趣。文中分别介绍了非线性超构表面和量子超构表面的基本原理和应用,总结了近几年的相关报道,包括谐波产生和增强,谐波产生和对称性的关系,非线性相位调控和全息成像,以及基于超构表面的纠缠光子对产生,测量和调控。最后,对超构表面在这两个领域的进一步应用和前景进行了展望。
超构表面 非线性光学 量子光学 metasurface nonlinear optics quantum optics 
红外与激光工程
2020, 49(9): 20201028
Author Affiliations
Abstract
1 National Laboratory of Solid State Microstructures, School of Physics, College of Engineering and Applied Sciences, Nanjing University, Nanjing 210093, China
2 Key Laboratory of Intelligent Optical Sensing and Manipulation, Ministry of Education, Nanjing 210093, China
The chromatic aberration of metasurfaces limits their application. How to cancel or utilize the large chromatic dispersion of metasurfaces becomes an important issue. Here, we design Si-based metasurfaces to realize flexible chromatic dispersion manipulation in mid-infrared region. We demonstrate the broadband achromatic metalens and achromatic gradient metasurface to cancel the chromatic aberration over a continuous bandwidth (8–12 μm). In contrast, the metalens and gradient metasurface with enhanced chromatic dispersion have also been realized, where the focal length and deflection angle with different wavelengths vary more significantly than the conventional devices designed with geometric phase. These demonstrations indicate promising potential applications.
metasurfaces chromatic dispersion manipulation achromatic metalenses super dispersion 
Chinese Optics Letters
2020, 18(8): 082401
Author Affiliations
Abstract
1 National Laboratory of Solid State Microstructures and School of Physics, Nanjing University, Nanjing 210093, China
2 Beijing Institute of Space Mechanics and Electricity, Beijing 100076, China
3 Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures, Nanjing 210093, China
Metasurface is a new kind of 2D metamaterial that is able to manage a variety of light beam modulations through steering the phase of the scattering waves. In this work, we utilize the metasurface to manipulate the light beam in the mid-infrared regime. By using the metallic rod and the plate structure, the metasurface presents a high polarization conversion efficiency and a wide working bandwidth. With specially rotated metallic rods, the metasurface can realize various light beam manipulations, such as negative reflection, beam collimation, and focusing. All of these results show that such a metasurface will have potential applications in future mid-infrared optics.
110.7348 Wavefront encoding 130.3060 Infrared 160.3918 Metamaterials 
Chinese Optics Letters
2016, 14(5): 051101

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