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首页>> news>> 2026年04月组内文献阅读汇报



文献标题: Integrated spectropolarimeter by metasurface-based diffractive optical networks 基于超表面衍射光学网络的集成式光谱偏振仪


传统光谱仪与偏振仪多采用分立光学元件,体积大、难以单片集成,难以同时获取光谱与偏振信息。超表面可实现亚波长尺度的波前调控,但大多数只能实现单一功能,难以做到快照式、一体化、芯片级集成。计算光学与衍射神经网络为多维光场信息的编码与解码提供新思路,但缺少将超表面与DON联合设计、并实现片上集成的光谱偏振一体化系统。基于此,本文研究内容包括一是提出超表面与衍射光学网络的一体化架构,实现单次快照同时测量光谱与全斯托克斯偏振参数。二是采用传播相位与几何相位联合调制:传播相位主要负责光谱编码,几何相位主要负责偏振编码,实现光谱与偏振在功能上的可分离解耦。三是构建衍射神经网络,实现双层超表面相位与后端神经网络的端到端联合优化。创新点是一是首次将超表面衍射光学网络用于光谱与偏振的同时测量,实现单器件多功能集成。二是传播相位与几何相位协同编码,实现波长和偏振低串扰、可分离解码。三是将光谱偏振功能集成到商用CMOS图像传感器,为片上多维传感提供方案。文章结论为文中的集成式光谱偏振仪可单次快照高精度重构光谱与全斯托克斯参数,光谱分辨率<6 nm,偏振重构平均MAE低至0.016。双层超表面编码能力优于单层,系统对加工误差、对准偏差具有良好鲁棒性。启发在于传播相位+几何相位为波长与偏振解耦调控提供了通用的物理方案,可推广至其他超表面器件。

文献来源:Optica 13, 737-744 (2026) 作者:Jumin Qiu, Tingting Liu, Chenxuan Xiang, Tianbao Yu*, Qiegen Liu*, Shuyuan Xiao*



报告人:高恩博

文献标题:Enhancement of Circular Dichroism in Chiral Dielectric Meta- surfaces by Ion Beam Irradiation (离子束辐照增强手性介电超表面的圆二色性)


圆二色性是指手性材料或结构对左旋圆偏振光和右旋圆偏振光具有不同吸收或透射响应的现象。圆二色性的大小不仅取决于几何结构,也与材料损耗密切相关。当辐射损耗和非辐射损耗达到合适平衡,即接近临界耦合时,圆二色性可以达到最大值。内容包括:文章设计了一种由上下两层硅纳米长方体组成的手性介质超表面。作者首先通过模拟和实验研究吸收损耗对圆二色性的影响。结果表明,随着上层硅材料虚部折射率增加,右旋圆偏振光透射逐渐被抑制,而左旋圆偏振光仍保持较高透射。当损耗增加到合适程度时,CD 达到最大;继续增加损耗后,CD 反而下降。创新点:将离子束辐照作为一种后加工调控手段,用于优化手性介质超表面的圆二色性。文章结论:文章表明,Ne 离子辐照可以有效调控超表面的光学损耗。在最佳剂量 1014 ions·cm-2 下,器件接近临界耦合状态,右旋圆偏振光几乎被完全吸收,而左旋圆偏振光主要透过,使 CD 从 0.70 提高到 0.85。启发在于:可以参考这种写法,引入离子注入,改变材料状态、折射率,从而使共振模式和器件性能改变。



文献来源:arXiv:2603.06154 [physics.optics] 作者信息:德国耶拿大学固态物理研究所



报告人:颜培烨

文献标题:Generative Model for the Inverse Design of Metasurfaces 《基于生成模型的超表面逆向设计》


传统超表面设计依赖经验与大量仿真,不仅易陷入局部最优解,且只能优化固定形状等问题。本文提出了三模块协同的 GAN 框架,模拟器(S)、生成器(G)、判别器(D)三个卷积神经网络组成的协同架构,首次实现了端到端的超表面逆向设计。设计的结构衬底为SiO2,其上为任意形状的结构,对于只能优化固定形状的问题,我们把结构的x-y面离散为64*64的二值图,金属记为1,空气为-1,这样生成的结构可以是任意的形状,模拟器是已训练好的正向网络,给定任意结构,即可输出光谱。判别器同理,通过训练已知的结构,来确保生成的图案像素分布合理,易加工。生成器用于根据输入光谱T生成一系列结构,通过噪声z的引入,可实现结构不同但光谱相同的形状,以此解决一对多的问题。当生成器生成结构后,结构同时进入模拟器,判别器。且同时平滑处理。根据模拟器与判别器运行的结果与目标的差值,反过来优化生成器的输出,最终得到满足光谱要求,形状易加工的结构。模型可精准复现已知结构光谱、泛化到未见过的形状、即使对无精确解的自定义光谱也能给出最优近似,速度远快于传统仿真。 创新点:GAN网络逆向设计,不局限固定形状。 启发:摆脱人工试错,为快速定制光子器件提供通用方案。



文献来源:Nano Letters 2018 18 (10), 6570-6576. 作者:Zhaocheng Liu, Dayu Zhu, Sean P. Rodrigues, Kyu-Tae Lee, and Wenshan Cai 发表日期:2018



报告人:胡天赐

文献标题:Topologically reconstructing Pancharatnam-Berry phase via encircling exceptional point for chiral spin-orbit interaction steering 通过环绕EP拓扑重构PB相位以实现手性自旋轨道相互作用的操控


本工作围绕光子自旋-轨道相互作用调控这一核心问题展开。传统几何相位超表面虽能实现自旋-轨道相互作用,但其相位累积固定为±2θ,缺乏调控的自由度,而引入相变材料等方法又存在工艺复杂、稳定性不足等局限。该研究的目的是探索非厄米系统中奇异点(EP)对几何相位积累过程的拓扑调控机制,以构建一种全新的自旋-轨道相互作用调控方法。研究的核心创新在于揭示了几何相位积累与奇异点环绕之间的拓扑的相似性。作者发现,旋转超表面结构所导致的几何相位演变,可以映射在复平面上环绕一个偏振转换奇异点的过程,这一对应关系将几何相位的相位积累与EP的拓扑性质联系起来。在此基础上,他们提出了一种破坏拓扑保护的调控策略:通过在主结构周围引入静态椭圆微扰,诱导旋转各向异性主结构,使得环绕轨迹仅在特定角度经过EP,从而改变环绕路径的绕数,打破拓扑保护,实现了对几何相位的积累过程重构。基于这一新方法,研究发现了三种手性依赖的自旋-轨道相互作用调控新规律——抑制、反转和加倍,即通过波长调谐可使几何相位从常规的±2θ分别转变为0、反转符号或加倍至±4θ,且这些功能具有手性选择性和光谱响应范围。该方法无需相变材料或非线性效应,仅借助金属结构的设计即可在可见光波段下操控自旋-轨道相互作用,为几何相位调控引入了绕数这一新的拓扑自由度,简化了器件制备,并展示了其在信息加密中的应用潜力。



文献来源:DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-70782-9 作者:Qinghong Lyu, Qiuchen Yan, Wenjuan Zhao, Saisai Chu, Xiaoyong Hu & Qihuang Gong



报告人:方伟康

文献标题: :Printable meta-assemblies enable synergetic colouration


传统结构色通常仅具备单尺度光学效应,面临规模化制备难、、稳定性差等问题。针对这一挑战,本文提出一种可印刷单元颗粒组装体策略,通过卷对卷式纳米印刷技术,将 PS 纳米粒子周期性的嵌入 PDMS 基体中,再通过剥离的方法使其产生光子晶体晶格 - 微凹复合界面,实现光子晶体禁带与全内反射协同调制结构色。通过调控纳米粒径与微单元直径 ,可分别独立控制中心稳定色与边缘虹彩色,两者相互调谐实现多尺度精准调色。借助疏水基底与嵌入式转移和印刷工艺,实现了米级大面积、单像素连续印刷。在光学机制上,入射波长通过光子晶体禁带和全内反射调谐,实现场增强与干涉调控,通过光照方式可实现反射、逆反射与双模混色。 该结构色印刷品具备超高稳定性,耐紫外、耐高低温、耐溶剂、耐水洗、耐拉伸,兼具偏振与角度依赖色彩,在艺术品、环保着色、智能显示、信息安全领域极具潜力。 结论:基于卷对卷印刷的多尺度单元组装,在单一微单元内实现光子晶体禁带与全内反射协同显色,突破了结构色规模化、大面积、高稳定的关键瓶颈,为结构色材料产业化提供通用方案。 启发:能否将卷对卷印刷与三维折叠超表面结合,使结构同时具备结构色、光学手性与不对称传输。另外可以学习该文献的语言表达、产业化描述侧重点等。



文献来源: Nature, 2026, DOI: 10.1038/s41586-026-10408-8 作者:Kaixuan Li, Jianfeng Chen, Huizeng Li , An Li, Xiaoyu Hou, Sujuan Ma



报告人: 鲍朋


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