我院超快磁光团队基于级联全硅超表面平台开展系列研究，实现了从基础可重构器件到多维光场精准操控的技术突破，近期相关成果以系列论文形式发表在国际学术期刊《Laser & Photonics Reviews》、《Journal of Lightwave Technology》和《Optics Letters》上。

一、手性可重构超表面：打破维度限制的基础平台

该项研究通过将相位诱导手性超表面与莫尔（Moiré）相位工程相结合，提出了一种可重构全硅太赫兹手性超表面（RTCM）平台。针对现有太赫兹超表面缺乏动态可调性和单一维度操控的局限，研究团队设计了由两层级联超表面（MS1和MS2）构成的器件：其中MS1采用矩形介质超原子实现自旋解耦相位调制，MS2采用圆柱形超原子实现偏振不敏感的传播相位控制。

图1. 可重构全硅太赫兹手性超表面的设计示意图

该器件通过机械旋转两层超表面的相对角度，在0.5 THz中心频率附近实现了80 GHz带宽的宽带圆二色性（CD）响应，动态变焦比超过4.6倍（焦距范围34.42λ–7.43λ），平均串扰低于-14 dB。更重要的是，团队通过引入相位偏移因子优化设计，在全旋转周期内实现了可重构的宽带手性响应，平均聚焦效率达34.99%。这一工作为太赫兹波段同时实现自旋选择传输和变焦透镜功能奠定了基础，显著拓展了太赫兹光场操控的维度。

二、偏振复用级联超表面：实现通道分离的动态波束扫描

在上述工作基础上，研究团队进一步提出偏振复用级联超表面（PMCM）架构，实现了通道分离的自适应太赫兹波束扫描。通过将MS1与MS2相结合，利用自旋解耦相位编码技术，在正交圆偏振（CP）通道中独立嵌入不同的编码相位分布。该设计在LCP→RCP通道生成了携带拓扑荷l=1的聚焦涡旋光束，在RCP→LCP通道生成了拓扑荷l=0的聚焦高斯光束。通过控制两层超表面的相对旋转角度，不仅实现了各偏振通道内的动态波束扫描，还能独立调控焦斑在焦平面上的运动轨迹，将光场操控维度从传统的(x, y)扩展至(x, y, σ)（其中σ代表手性维度）。实验结果显示，在-30°至30°的旋转范围内，聚焦光斑的最大位移差达4.23倍波长，平均焦距为8.8 mm，通道间平均串扰优于-15 dB。这一成果为实时可重构成像和微尺度局域光谱分析提供了低成本、高集成度的解决方案。                      

图2. 具有偏振通道分离特性的动态波束扫描结果

三、矢量涡旋光束面内扫描：复杂光场的精准操控

将每层超表面的相位分布分解为螺旋相位、梯度相位和透镜相位的线性组合，通过独立操控正交圆偏振通道，生成了由m=-1和m=+1涡旋光束相干叠加形成的聚焦矢量涡旋波束（FVVB）。研究表明，通过相对旋转两层超表面，可实现焦斑在预定焦平面内的连续横向位移（X方向位移范围约±3.16λ，Y方向约±0.84λ），且焦距变化极小（稳定在约16.7λ）。特别地，当同时旋转两层超表面时，不仅能任意定位焦斑位置，还能定制偏振对称性，实现偏振方位角的线性调控。此外，该器件对层间间距变化表现出优异的鲁棒性，在λ/6至3λ的间距范围内均能保持稳定的聚焦性能。                

图3. 太赫兹矢量涡旋波束的动态扫描结果

论文第一作者为我院青年教师李辉。系列成果体现了从基础器件创新到多功能集成、再到复杂光场精准操控的完整技术路径，为下一代太赫兹通信与成像系统的发展提供了关键技术支持。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/lpor.202503260

https://doi.org/10.1109/JLT.2026.3665773

https://doi.org/10.1364/OL.579613