突破光学超构表面偏振复用极限
南京大学彭茹雯教授、王牧教授研究组联合美国东北大学刘咏民教授研究组,创新性地引入光学响应噪声调控,成功突破光学超构表面偏振复用极限,为发展高容量光学显示、信息加密、数据存储提供了新范式。 偏振是光的基本性质,在信号传输、传感探测等方面起着重要的作用,被广泛应用于光子学和信息技术的多个领域。比如光的偏振可应用于大容量的复用技术,将信息通过多个独立通道传递到预定目标。随着光学器件的小型化,人们发现在诸如光学超构表面的二维平面系统中,二阶琼斯矩阵能够完整刻画偏振光与其相互作用,从而该体系最多只有3个独立偏振通道,造成偏振复用存在内禀极限。近年来尽管基于机器学习和迭代优化等逆向设计方案很好地优化了偏振复用技术,但是,3个独立偏振通道的物理极限始终存在。打破该物理上限对于发展高容量的光学显示、信息加密、数据存储等应用至关重要。 最近,南京大学彭茹雯和王牧研究组与美国东北大学刘咏民研究组合作,创新性地在超构表面系统中,引入光学响应关联噪声来产生新的偏振通道,引入非关联噪声来减弱或消除信号串扰,从而突破超构表面偏振复用的物理极限,理论演绎并实验证实利用单一超构表面成功获得高达11个独立偏振通道,该超构表面在不同偏振的单色可见光照射下可观测到11种独立的全息图像。该研究结果为目前光学超构表面偏振复用的最高独立通道数,并且通过改变阈值条件,该物理上限还可以进一步提升。基于该理论策略,研究团队又进一步证实这种新型的偏振复用技术能够与其它复用技术(比如空间复用,角动量复用等)相融合。作为示例,研究团队将偏振复用与空间位置复用结合,利用单一超构表面(大小仅为0.33mm × 0.33mm)在可见光波段产生出36重独立的全息图像,形成光学全息键盘图案。该研究为发展亚波长尺度下高容量光学显示、信息加密、数据存储提供新思路,在光通信和互联、光计算、光传感与探测、增强现实和虚拟现实(AR/VR)技术等领域具有广阔的应用前景。 |