背景:硅由于其在绿光和蓝光区域的吸收系数较大，通常被认为不适合可见光应用。传统的超表面光学器件在可见光范围内面临挑战，尤其是色差问题，这限制了平面光学元件在全彩成像中的应用。研究内容:我们展示了如何利用超薄晶体硅超表面光学器件实现可见光范围内的全彩成像。采用逆向设计方法，优化了超表面光学器件的调制传递函数（MTF），以实现宽带波长范围内的高性能成像。此外，研究还展示了在可见光范围内的偏振复用功能，这对于需要高折射率材料的偏振光学来说尤为重要。研究者们使用商业可用的高质量硅-on-蓝宝石（SOS）晶圆，实现了单个超表面光学器件的全彩成像，几乎无损耗。通过逆向设计方法，研究者们优化了超表面光学器件的MTF，考虑了材料特异性的光学常数，以实现全彩成像。创新点:全彩成像突破：首次展示了单层晶体硅超表面光学器件在可见光范围内的全彩成像能力，挑战了硅在可见光范围内应用的传统观念。逆向设计方法：采用MTF工程方法优化超表面光学器件的宽带性能，使其能够同时处理整个可见光波长范围，而不仅仅局限于红、绿、蓝（RGB）三个特定通道。偏振复用功能：通过打破散射体的对称性，实现了在单一孔径中超表面光学器件对不同偏振态的独立相位控制，为偏振复用操作提供了新的可能性。文章结论：文章通过实验验证了SOS超表面光学器件在全彩成像中的有效性。研究者们成功展示了使用SOS MTF工程超表面光学器件进行全彩成像的能力，通过计算重建，该器件能够捕捉并保留红、绿、蓝颜色的特征和图像细节。启发：将此种彩色全息的机理应用到自己的现有工作中，实现彩色全息成像。
文献来源: Light: Science & Applications https://doi.org/10.1038/s41377-025-01888-w
作者：Johannes E. Fröch, Luocheng Huang, Zhihao Zhou, Virat Tara, Zhuoran Fang, Shane Colburn, Alan Zhan, Minho Choi, Arnab Manna, Andrew Tang, Zheyi Han, Karl F. Böhringer, Arka Majumdar
发表日期: 2025.6
报告人：刘高敬
