近日，中山大學物理學院董建文教授團隊提出了調控Fano共振光譜的輻射單向性新自由度，基于雙層錯位超構光柵克服了周期體系內稟的角度-波長鎖定機制。團隊發(fā)展了雙層微納光柵制備工藝和輻射單向性的顯微角分辨測量技術，并在實驗上首次展示了具有“空間頻率-光譜頻率”聯(lián)合選擇性的高對比度成像。該工作不僅為獨立調控角度和波長這一基礎性難題提供了創(chuàng)新方案，也為AR/VR顯示、光譜成像、相干熱輻射、先進半導體制造等技術應用提供了新思路。相關研究成果于7月8日發(fā)表于國際頂尖光學期刊《光·快訊》(eLight)上。

長期以來，由于周期體系具有內稟的色散特性，共振光譜中角度和波長存在鎖定關系。因此，在人們的傳統(tǒng)認知里，光入射角度改變伴隨光學器件濾波波長改變是普遍的物理規(guī)律。這種鎖定關系使得獨立操控角度和波長成為難題，也為光學應用設置了基礎性限制。

理論上，研究團隊發(fā)現(xiàn)光學模式輻射單向性是解決這一基礎性問題的關鍵。他們發(fā)現(xiàn)輻射單向性如同一塊神奇的橡皮差，使得我們能夠精準地擦除色散曲線上光的反射痕跡，克服角度和波長的鎖定關系。實驗上，控制超薄間隔層(~ 30 nm)的平整度和精細錯位距離(~ 30 nm)是實驗制備面臨的核心挑戰(zhàn)。針對這一難題，研究團隊經過持續(xù)多年的技術迭代，自主發(fā)展了“多次刻蝕-間接測量-再沉積”的間隔層厚度控制工藝和雙層精細對準的套刻工藝，成功制備了工作在近紅外波段的高質量雙層錯位超構光柵樣品。

在此基礎上，研究團隊對輻射單向性進行了光學顯微角分辨測量，并實驗驗證了零角度以及中心波長的聯(lián)合光譜選擇性。進一步，他們在國際上率先開發(fā)了毫米量級的高精度雙層超構光柵，并成功演示了同時實現(xiàn)空間頻率和光譜頻率選擇性的高對比度成像功能。

物理學院博士畢業(yè)生莊澤鵬、周鑫和2024級博士研究生曾浩龍為共同第一作者，復旦大學周磊教授和中山大學董建文教授為通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金重點項目、首批廣東省自然科學基金卓越青年團隊的大力支持。

審核編輯 黃宇