微纳光子学材料独特的光学性质与其丰富的动量空间特性密切相关，因此，对材料动量空间的实验测量和分析十分重要。最近，一篇综述文章介绍了可实现动量空间、频域空间、偏振态和相位多维度光学分辨和解析的动量空间光谱成像技术。该文以封面文章刊登于SCIENCE BULLETIN 2021年第8期。
微纳光子学材料具有与光波长相比拟甚至更小尺度的结构，能够与光子相互作用，在动量空间中形成特定的光子能量分布。独特的动量空间特性赋予了微纳光子学材料不同于传统均匀材料的光学效应和光输运特性，如定向辐射、偏振转换、负折射等效应。通过对动量空间中的光子能带、光子带隙和等频图进行定量表征，可以得到本征光学态的电磁响应、寿命、局域化和空间相干性等关键信息。因此，动量空间光谱测量和分析是微纳光子学研究中必不可少的研究方法。
复旦大学光子晶体课题组及上海微纳制程智能检测工程中心聚焦于研发动量空间光谱成像（简称MSIS）技术。最近，在总结他们前期的研究成果基础上，撰写了综述文章，并作为封面文章发表于Science Bulletin。文章首先介绍了MSIS技术的工作原理和实验装置，后归纳了该技术在微纳光子学中的重要应用，包括光子材料的光学性质表征、光学模式分析、相干性测量和光输运特性研究等。
MSIS技术可实现在动量空间、频域空间、偏振态和相位上的多维度光学分辨和解析，表征材料在全动量空间的光学性质。该技术基于光学傅里叶变换原理，直接在动量空间进行高效率无扫描探测，仅通过单次拍摄即可得到动量和频率双高分辨的能带结构和等频图。应用结合耦合模式理论的算法对测量数据进行处理分析后，还可进一步提取光学态寿命和偏振态等重要参数，进行光学模式分析。该系统同时具有干涉测量模块，使其不仅能够测量光的强度信息，还可以测量光场相位分布、进行相干性分析，这在光束波前相位调控、偏振转换、光与物质的相互作用等方面均有重要应用。另外，MSIS技术还被广泛应用于近零折射、自准直效应、光局域等效应中，为分析和理解微纳光子材料中奇特的光输运现象提供了强有力的支持。
该研究得到国家重点基础研究发展计划，国家自然科学基金和上海市科学技术委员会的资助。
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Yiwen Zhang, Maoxiong Zhao, Jiajun Wang, Wenzhe Liu, Bo Wang, Songting Hu, Guopeng Lu, Ang Chen, Jing Cui, Weiyi Zhang, Chia Wei Hsu, Xiaohan Liu, Lei Shi, Haiwei Yin, Jian Zi. Momentum-space imaging spectroscopy for the study of nanophotonic materials. Science Bulletin, 2021, 66(8):824-838
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