撰稿|由课题组供稿
衍射级次是衍射光学中的重要组成部分，体现了衍射元件不同方向的光学特性。元件的衍射级次往往存在关联性，因而被主要应用于实现分束或者产生周期图形阵列等场合。对各个几次内部的光波场进行调控，将能增加元件的功能性，扩展元件的应用场景。虽然达曼光栅技术、超单元结构等技术能够实现这一调控目标，但仅对局部进行优化、设计过程复杂、不能充分利用器件的全部信息量等问题，影响了这些技术的进一步发展与应用。
超表面全息是结合了微纳光学与计算全息的新型光学元件，丰富的全息记录编码方法以及亚波长人工结构与光较强的相互作用，使得振幅、相位、偏振、频率、入射角度、轨道角动量等光学参量可以作为超表面众多的调控通道，对光波场进行灵活的操控，将多种调控功能集成于一个超表面元件之上。
为了实现对衍射光波场的灵活调控，北京理工大学光电学院王涌天教授团队的黄玲玲教授与李昕副研究员等人，以全息术中纯相位光学全息物理模型为基础，提出了多衍射级次光波场独立调控的超表面全息方法。通过充分解析各个衍射级次间的数学关联，团队提出了调控迭代优化算法，将各自独立的调控信息直接编码为完整的全息信息。优化过程中丰富的控制参量也为衍射级次的选取、平衡调控质量、调整各个级次间的强弱比例提供了可能。以优化的硅介质纳米柱阵列为平台，在一维情况下实现对正交偏振通道中的5个衍射级次的调控，在二维情况下结合两个偏振通道使得独立调控级次达到18个。该方法与超表面全息多维度复用技术相兼容，能够进一步利用复用技术，形成更多的独立调控通道，增加超表面全息的信息密度。该方法能够提高衍射器件的光波场调控能力，可应用于光束整形、光势控制、光信息存储及光学加密等领域。相关研究成果以Independent light field manipulation in diffraction orders ofmetasurface holography为题发表在国际著名期刊Laser & Photonics Reviews上。
图1. 基于超表面全息的多衍射级次光波场独立调控示意。
文章链接：
X. Li, X. Zhang, R. Zhao, G. Geng, J. Li, L. Huang, Yongtian Wang, "Independent light field manipulation in diffraction orders of metasurface holography," Laser & Photonics Reviews, (2022).
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