近日，湖南大学刘建军课题组提出了一种无几何中心、偏振无关且可直接对复杂物体成正立实像的Stampfli-Triangle光子晶体板倒易透镜。相关成果以“Polarization-independent reciprocal lens based on non-Hermitian complex degenerate bands”为题于2026年3月12日在线发表于美国光学学会权威期刊《Optics Letters》。湖南大学硕士生戴鹏为论文的第一作者，湖南大学刘建军副教授为论文的通讯作者。
传统透镜因依赖光程相等且需光轴对准而限制了其在高度集成化光学系统中的应用潜力。倒易透镜作为基于非局域超构表面的新型平面光学元件，通过在波矢空间施加相位调制，使不同角度入射的光线发生横向偏移并汇聚成像。倒易透镜无几何中心且无需辅助器件即可同时对多个物体直接成正立实像，更契合光学系统小型化及集成化的需求。
然而，现有倒易透镜基于光子晶体板中的导模共振实现，当入射与出射光满足共偏振条件时，导模共振的特定光子能带可为近法向入射的透射光场提供所需的波矢空间相位调制。不过，因导模共振的光学响应通常具有强偏振依赖性而仅能对特定偏振态透射光场实现倒易成像，限制了倒易透镜的实际应用。虽平面光学领域在偏振调控方面已取得了诸多进展，但实现偏振无关的倒易透镜仍面临挑战。
针对这一挑战，本课题组以Stampfli型准晶的基本结构单元为原胞按三角晶格周期排列，提出了具有C6v对称性的Stampfli-Triangle光子晶体板透镜。该Stampfli-Triangle光子晶体板透镜在一定程度上保留了准晶良好的各向同性特性，且相对传统周期光子晶体板透镜增加了结构可调自由度，使导模共振的非厄米复频带在工作波矢域内满足各向同性并实现简并，从而获得偏振无关的光学响应。在合适的工作频率下，入射光场可实现完全透射，且非厄米复频带的实部及虚部与平面波矢量呈二次型关系，进而使透射相位在波矢空间表现出平面波矢二次型调制，最终实现了基于光束偏移效应且可以在任意偏振下工作的倒易透镜。该Stampfli-Triangle光子晶体板透镜有望为光束偏移效应及波矢域中光信号操控提供新平台，并有望为结合非局域平面光学器件的光学成像系统的进一步小型化及集成化提供新思路。
图1 Stampfli-Triangle光子晶体板透镜： (a) Stampfli-Triangle光子晶体结构（部分）；(b) 光子晶体板导致光束横向偏移示意图。
图2 非厄米复频带结构：(a) 实部能带结构图；(b) 虚部辐射损耗结构图；(c)-(d) 实部及虚部的上下带等频图。
图3 Stampfli-Triangle光子晶体板透镜的传递函数：(a)-(b) 角度分辨透射率光谱 |tss(ω-ω0，k‖)| 及 |tpp(ω-ω0,k‖)| ； (c) 平面波矢模值 |k‖|=5 x 10-3 x 2π/α 时透射谱与频率的关系； (d)-(e) 工作频率ωop 下平面波矢域内透射相位分布 arg(tss(kx,ky))及arg(tpp(kx,ky))； (f) 工作频率ωop下Γ—Κ方向透射相位与平面波矢k‖的关系arg(t(k‖))及其二次拟合情况。
图4 倒易透镜数值演示： (a) 工作频率下平面波矢域内左旋圆偏振光透射相位arg(TLCP )；(b) 输入高斯光束的空间光场轮廓；(c) 总输出场强（斯托克斯参数S0）；(d) 输入场（上图）和输出场（下图）径向切片的归一化场强分布； (e)湖南大学校徽测试图像的输出场强分布；(f) 对应的径向切片的归一化场强分布。
本工作提出了Stampfli-Triangle光子晶体板透镜，在波矢域内构建了具备理想二次色散且接近完全简并的各向同性非厄米复频带，实现了偏振无关的波矢空间二次型相位调制，突破了传统倒易透镜的偏振敏感性瓶颈。该透镜无需光轴对准即可对复杂物体成正立实像，有望显著提升倒易成像在集成光学系统中的应用价值，且有望为高性能平面光学系统的发展提供新思路。
本工作受到了国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、“区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室”开放基金项目、湖南省自然科学基金等经费支持。
文章链接：
Peng Dai, Yihang Wang, Jiayun Ning, Pinghua Tang, and Jianjun Liu,“Polarization-independent reciprocal lens based on non-Hermitian complex degenerate bands,”Optics Letters51(6): 1630-1633 (2026).
https://opg.optica.org/ol/fulltext.cfm?uri=ol-51-6-1630
DOI: https://doi.org/10.1364/OL.590139
撰稿：课题组
