原理对于新光学现象的实现具 有重要意义。例如,我们通过 将两种十字形人工微结构相结 合,在非手性人工微结构中实 现了巨旋光效应。实现该现象 的基本原理是:两种十字形人 工微结构在透射模式下将入射 图13多功能人工光学微结构的三种设计方式 线偏振光波在近场分别转化为 左旋和右旋偏振光波,通过调 整两种微结构的结构参数可以调控所产生的左旋 和右旋偏振光间的相位差,从而让上述两种光波在 远场合成偏振方向与入射光波不同的全新线偏振 光波,如图14所示。又如,哈佛大学 F Capasso 教授及其研究团队通过将几何相位原理和谐振相位 原理相结合,实现了对任意两个正交偏振态光波相 位的完全独立调控∽。再如,将拓扑光子学的概念 与原理引入人工光学微结构的设计中,为人工微 结构光学器件的研究提供了新的发展方向吗 图14非手性超表面中旋光效应的原理示意图 新技术:随着微纳加工技术的进一步发展, 人工微结构的设计精度和设计自由度将会不断的 提高,随之而来将会产生一系列新的人工光学微 结构。例如,中国科学院物理研究所微加工实验 室顾长志研究员及其研究团队设计制备的折叠超 表面结构(图15),能够实现包括环形偶极共振、 新型法诺共振等在内的多种全新光学现象。近 来,人工智能技术的普及为人工光学微结构的逆 向设计和自动化设计提供了有效方式。目前,由 于人工微结构的设计自由度较高且其与光波相互 作用过程中存在丰富的物理机制,这使得人工光 学微结构的设计门槛较高,不利于其在其他学科 图15一种折叠超表面设计 领域的广泛应用。美国佐治亚理工学院W.Cai教 多功能光学器件设计领域的发展。除了上述在平授及其研究团队在近日工作中证明:基于深度学 面上的新设计方法,在光传播方向上将具有分立习算法实现人工微结构的逆向设计,进而获得所 光学功能的超表面结构进行组合,则为特定光学需的光学功能器件将有望解决这一问题。 功能的实现提供了新的设计思路。例如,加州理 新自由度:人工光学微结构对光波的调控研 工学院A. Faraon教授及其硏究团队则通过将两层究目前主要集中在振幅、相位、偏振和频率这几 具有特定功能的电介质超表面相结合,实现了对个自由度上。随着相关研究的进一步发展,包括 入射光波的定向反射。 光波的相干性和瞬态特性等新的自由度必将被引 新原理:在人工光学微结构设计中引入新的入到人工光学微结构光波调控研究当中。另一方 物设·48卷(2019年4期光物理专题 · 48卷 (2019 年) 4 期 多功能光学器件设计领域的发展。除了上述在平 面上的新设计方法，在光传播方向上将具有分立 光学功能的超表面结构进行组合，则为特定光学 功能的实现提供了新的设计思路。例如，加州理 工学院A. Faraon教授及其研究团队则通过将两层 具有特定功能的电介质超表面相结合，实现了对 入射光波的定向反射[32] 。 新原理：在人工光学微结构设计中引入新的 原理对于新光学现象的实现具 有重要意义。例如，我们通过 将两种十字形人工微结构相结 合，在非手性人工微结构中实 现了巨旋光效应。实现该现象 的基本原理是：两种十字形人 工微结构在透射模式下将入射 线偏振光波在近场分别转化为 左旋和右旋偏振光波，通过调 整两种微结构的结构参数可以调控所产生的左旋 和右旋偏振光间的相位差，从而让上述两种光波在 远场合成偏振方向与入射光波不同的全新线偏振 光波，如图14所示[33] 。又如，哈佛大学F. Capasso 教授及其研究团队通过将几何相位原理和谐振相位 原理相结合，实现了对任意两个正交偏振态光波相 位的完全独立调控[34] 。再如，将拓扑光子学的概念 与原理引入人工光学微结构的设计中，为人工微 结构光学器件的研究提供了新的发展方向[35] 。 新技术：随着微纳加工技术的进一步发展， 人工微结构的设计精度和设计自由度将会不断的 提高，随之而来将会产生一系列新的人工光学微 结构。例如，中国科学院物理研究所微加工实验 室顾长志研究员及其研究团队设计制备的折叠超 表面结构(图 15)，能够实现包括环形偶极共振、 新型法诺共振等在内的多种全新光学现象[36] 。近 来，人工智能技术的普及为人工光学微结构的逆 向设计和自动化设计提供了有效方式。目前，由 于人工微结构的设计自由度较高且其与光波相互 作用过程中存在丰富的物理机制，这使得人工光 学微结构的设计门槛较高，不利于其在其他学科 领域的广泛应用。美国佐治亚理工学院W. Cai教 授及其研究团队在近日工作中证明：基于深度学 习算法实现人工微结构的逆向设计，进而获得所 需的光学功能器件将有望解决这一问题[37] 。 新自由度：人工光学微结构对光波的调控研 究目前主要集中在振幅、相位、偏振和频率这几 个自由度上。随着相关研究的进一步发展，包括 光波的相干性和瞬态特性等新的自由度必将被引 入到人工光学微结构光波调控研究当中。另一方 图13 多功能人工光学微结构的三种设计方式[31] 图14 非手性超表面中旋光效应的原理示意图[33] 图15 一种折叠超表面设计[36] · 228 ·