复旦大学周磊教授团队在《Light: Science & Applications》上发表论文，成功破解了超构表面的角度色散难题。他们通过实验和理论分析，发现了控制角度色散的两个关键物理机制：近场耦合作用和远场辐射特性。团队提出的解决方案可以让超构表面的性能不依赖角度。过去，超构表面虽然薄且功能多样，但当光束从不同角度入射时，其性能会显著下降。复旦团队通过控制这两个物理机制，给设计人员提供了灵活调节角度依赖性的手段。他们通过把人工原子间距调整到临界值，近场耦合几乎为零，实现了共振频率在正入射和60°斜射下的几乎重合。这样设计的超构表面反射率误差条不到1 GHz。此外，团队还设计了远场辐射角谱展宽的单元结构。这种结构在不同入射角下可以实现反射率的连续变化。 针对这种技术应用于偏振调控和波前调控等领域进行了实验验证。在多功能偏振调控器中，TE偏振模式几乎不受角度变化影响而TM偏振模式则发生蓝移。利用这两种模式之间的相位差，同一超构表面可以在不同入射角下把线偏振光转换成椭圆、圆偏或交叉极化。 实验结果表明，近红外波段的转换效率稳定在85%以上。而在多功能波前调控器中，每个“人工原子”都自带可调角度色散。正入射时相位梯度把光会聚成一点；60°斜射时相位梯度反向光被原路反射回去。 展望未来十年，角度色散可能成为集成光子学的通用接口。只要预先设定好“色散程序”，同一层膜就可以在通讯、传感、隐身等不同场景之间自由切换。这个研究成果不仅打开了新的设计思路还为三维可编程超构材料埋下伏笔。 有了这个新方法设计出的超构表面给我们带来更多可能性：能把整个光实验室压成邮票大小却能实现多种功能如光束弯曲、偏振翻转和颜色切换等。过去高损耗、难加工和难集成等问题限制了三维金属结构材料应用超构表面为解决这些问题提供了新途径：二维“人工原子”阵列体系超薄损耗低可共形可加工和易集成。 自然材料电磁参数变化范围有限人们把希望寄托于三维金属结构可是这个新材料同样面临着很多问题：高损耗难加工难集成和不易共形等问题所以人们转向研究二维人工原子阵列式材料就被称为是超构表面它也让我们看见了更多光学现象如完美吸收隐身斗篷全息投影等但是这些设计大多都是默认光垂直照射到表面一旦入射角稍微变化一些共振频率就像坐过山车般剧烈漂移导致功能瞬间崩溃要驯服这种“变色龙”首先得弄清它为什么变色。 复旦大学周磊教授团队从最经典MIM三明治吸收器入手用紧束缚耦合模双理论拆解实验数据发现：近场耦合像一根弹簧把相邻“人工原子”拽来拽去导致共振频率随角度漂移远场辐射像一张嘴决定谱线随角度如何变形只要弹簧劲度合适嘴巴张合有度就能把色散关进笼子反之弹簧拉满嘴巴大张角度依赖性就会被放大这一发现让“色散”从黑箱变成可编程变量第一次让“入射角”跻身超构表面三大自由度幅度相位极化之列。 周磊教授团队把这套“变色龙”机制拆成两套物理钥匙远场辐射特性与近场耦合作用并给出拧动钥匙的新方法让超构表面“想依赖角度就依赖想无视角度就无视”。 团队用微波暗室实测反射谱误差条不到1 GHz相当于给光开了“免角度”通行证。 另外换一种单元结构远场辐射角谱展宽结果反射率随入射角连续变化：0°时近乎全透30°时突然全吸收一张看似普通的“膜”在不同角度下扮演完全不同的角色——角度选择性全吸收器就此诞生。 复旦大学周磊教授团队通过实验验证这个钥匙一转色散随唤3.1 ◉近场“松手”——让共振稳如老狗。 复旦大学周磊教授团队把人工原子间距离调到临界值近场耦合几乎归零正入射与60°斜射下共振频率几乎重合团队用微波暗室实测反射谱误差条不到1 GHz相当于给光开了“免角度”通行证。 复旦大学周磊教授团队还通过换一种单元结构远场辐射角谱展宽结果反射率随入射角连续变化：0°时近乎全透30°时突然全吸收一张看似普通的“膜”在不同角度下扮演完全不同的角色——角度选择性全吸收器就此诞生。 有了这个新方法设计出的超构表面给我们带来更多可能性：能把整个光实验室压成邮票大小却能实现多种功能如光束弯曲、偏振翻转和颜色切换等。 这个研究成果不仅打开一条全新的设计思路也为后续探索三维可编程超构材料埋下伏笔——让光的每一次偏折、每一束吸收、每一次极化翻转都成为可计算、可下载、可升级的“软件级”操作。 过去十年里超构表面把二维材料等离激元拓扑光学等概念串成项链未来十年里角度色散可能成为那条串联一切的绳子只要提前写好“色散程序”同一层膜就能在通讯、传感、隐身、显示等场景间自由切换。 最后研究成果不仅打开一条全新的设计思路也为后续探索三维可编程超构材料埋下伏笔——让光的每一次偏折、每一束吸收、每一次极化翻转都成为可计算、可下载、可升级的“软件级”操作。