基于相變超構(gòu)表面的全息相位開關(guān)

樊志華，吳雨霏，馬曉燠，3，周紹林

（1 四川文理學(xué)院成都研究院，四川達(dá)州635000）

（2 華南理工大學(xué)微電子學(xué)院，廣州510640）

（3 重慶連芯光電技術(shù)研究院有限公司，重慶400020）

0 引言

當(dāng)前，超構(gòu)表面作為一種新型平面納光子器件，可在深亞波長尺度下實(shí)現(xiàn)近乎任意電磁調(diào)控［1-6］，其超乎自然界的光學(xué)特性突破傳統(tǒng)材料的諸多極限，成為一種理想的計(jì)算全息編碼載體。與傳統(tǒng)的全息圖相比，超表面全息圖具有大帶寬、高分辨率以及消除高階衍射等方面的優(yōu)勢。其中，相位全息由于設(shè)計(jì)加工的過程較簡單、能量利用率較高以及獨(dú)特的寬帶消色差特性等優(yōu)勢而倍受青睞。然而，大多全息超表面一旦被設(shè)計(jì)制造，其編碼信息不可動(dòng)態(tài)調(diào)控，后續(xù)應(yīng)用受到限制，無法實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)計(jì)算全息通過空間光調(diào)制器SLM或數(shù)字微透鏡DMD 完成的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)功能。

因此，研究人員在超表面基礎(chǔ)上引入各類有源調(diào)控機(jī)制，例如MALEK S C 等通過柔性襯底延展實(shí)現(xiàn)的不同全息圖像［7］，通過重構(gòu)距離調(diào)控實(shí)現(xiàn)重建圖像的選擇性變化；GUO Jinying 等利用光控電流分布構(gòu)建了基于幾何相位的光學(xué)動(dòng)態(tài)顯示超表面［8］。除了上述機(jī)械調(diào)節(jié)方法，還包括氧化釩（VO2）［9-10］、石墨烯［11］等有源介質(zhì)的方法。如DONG K 等［9］利用多晶VO2薄膜的相變提出了一種全固態(tài)可擦寫超畫布以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)；LI X 研究小組［11］利用石墨烯氧化態(tài)與還原態(tài)間的折射率變化，實(shí)現(xiàn)超表面編碼信息的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。但上述方法多受限于高復(fù)雜度的設(shè)計(jì)和制造，難以兼容主流的光電集成工藝，因此動(dòng)態(tài)全息超表面尚需進(jìn)一步突破。……