浙江大学极端光学技术与仪器全国重点实验室，光电科学与工程学院，先进光子学研究中心，嘉兴研究院智能光子研究中心，浙江大学杭州国际科创中心，浙江 杭州 310027
作为一种二维形式的超构材料，超构表面允许以前所未有的自由度对光的振幅、相位、偏振等维度进行灵活高效的调控，有望突破传统光学的限制，实现低成本、高性能、超轻超薄、功能新颖的新型光学元件，近年来引起了学术界和产业界越来越浓厚的研究兴趣。从物理机理、相位调控到正向设计方法，系统回顾了超构表面的设计原理。介绍了这些机理如何用于实现丰富的应用，包括功能复用、宽带宽、大视场、多层级联、非局域超构表面等，涵盖了最主要和最新的发展方向。最后，讨论了超构表面在走向实用化的道路上所面临的器件设计和加工制造上的挑战，并对领域未来的发展进行展望。
1 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
2 浙江大学光电科学与工程学院, 浙江 杭州 310027
3 浙江大学先进光子学国际研究中心, 浙江 杭州 310027
随着现代社会能源与极端气候问题日益严峻, 零能耗的辐射制冷技术越来越受到人们的关注与重视。从 2014 年日间辐射制冷首次被实验实现以来, 辐射制冷技术已从结构设计、材料选择、制备工艺、集成应用等多个角度被广泛研究, 产生了包括镀膜、涂层、柔性薄膜、织物等多种类型的器件。新的研究也越来越重视辐射制冷在场景兼容性以及环境、气候自适应性等方面的需求。开发多场景兼容、自适应环境变化且具有动态热调控能力的新型辐射制冷器件, 对辐射制冷技术的实用化以及能源、医疗、工业生产等领域都有着重要意义。本文围绕辐射制冷技术所运用的基础物理原理与光子学结构设计, 综述了辐射制冷器件的基本技术与其在场景兼容、温度自适应热调控等方面的进展。首先介绍了辐射制冷技术的原理与基本设计方法, 随后重点介绍了一些典型的辐射制冷结构以及实现多场景兼容与自适应动态调控辐射制冷器件的主要进展, 最后对辐射制冷器件的发展进行了总结与展望。
光学器件 辐射制冷 微纳结构 动态热调控 optical devices radiative cooling micro/nano structures dynamic thermal regulation
1 浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室，浙江 杭州 310027
2 浙江大学 光电科学与工程学院教育部光子学国际合作联合实验室，浙江 杭州 310027
中红外波段包含两个大气窗口及分子指纹区，在红外成像与物质检测方面具有重要应用。传统中红外光学器件在成像方面受材料、加工等限制成本昂贵、加工复杂；在检测方面，受分子吸收截面小的限制，检测灵敏度低，对微量化学物质检测具有较大挑战。超表面是由亚波长尺度的人造单元构成的二维结构阵列，具有体积小、易集成、调控自由度高等特点，能够为制造低成本、轻型化、集成化的中红外光学器件提供一种新的实现方案。表面增强红外吸收能够有效增强分子振动信号，提高检测灵敏度。文章介绍了中红外超表面在电磁波调控方面的机理及其中红外检测应用的原理。着重整理了超表面结构在中红外波段的成像与检测领域的研究进展，包括偏振成像、可调及可重构超表面、其他特殊功能以及用于检测的基于等离子体激元或连续体束缚态原理的使用金、银、铝、石墨烯、硅、锗等材料的超表面结构。
中红外 超表面 成像 光谱检测 mid-infrared metasurface imaging spectrum detection 红外与激光工程
2022, 51(3): 20220082
1 浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室，浙江大学光电科学与工程学院，教育部光子学国际合作联合实验室，浙江 杭州 310027
2 浙江大学 浙江省先进微纳器件智能系统研究省重点实验室，浙江大学信息与电子工程学院，浙江 杭州 310027
3 杭州纳境科技有限公司，浙江 杭州 310012
传统光学透镜及光学系统基于光传播效应实现电磁波调控功能，其体积较大、不易集成。而超表面是由人工亚波长尺度单元构成的二维平面结构，由于其相对于传统透镜具有超薄的优势，并且可以实现对光场的任意调控，近年来在光学成像领域得到广泛研究和应用。本文阐述了超表面透镜的工作原理，分析了超表面成像透镜的单色像差和色像差成因以及对应的像质评价方法，之后综述了超表面成像透镜的研究现状及应用，最后总结了超表面在成像领域尚且存在的问题及其未来发展方向。超表面透镜便于集成、设计自由度高，有望在诸多应用领域取代传统成像器件，基于超表面的高效率、大视场、宽带、可重构可调谐成像器件将成为其未来重要发展方向。
超表面 成像 电磁波调控 像差 像质评价 metasurface imaging electromagnetic wave manipulation aberration image evaluation
1 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, 浙江大学光电科学与工程学院, 教育部光子学国际合作联合实验室, 浙江 杭州 310027
2 之江实验室, 浙江 杭州 310000
随着通信行业的快速扩张以及光互联、片上实验室等技术的发展,人们对激光器等器件集成化、小型化的需求日益增长。半导体纳米线激光器由于其独特的一维结构与灵活的带隙调控性能等特点,在微纳激光器领域受到广泛研究。实现单模输出的半导体纳米线激光器,对光互联、传感、光谱学以及干涉测量等领域具有重要意义。综述了单模半导体纳米线激光器的基本技术与研究进展。介绍了半导体纳米线激光器的常用材料,并利用圆介质波导模型分析了其基本模式特性,详细阐述了半导体纳米线实现单模激光输出的主要方法以及发展现状,并对各方案面临的挑战进行了总结。
激光光学 单模半导体纳米线激光器 纳米线激光器 模式选择 短腔 耦合腔
