偏振復用技術(shù)在光纖通信、光存儲、信息編碼等領(lǐng)域有著廣泛的應用。常見的復用方法是利用兩個處于正交態(tài)的光分別獨立攜帶信息，比如x線偏光和y線偏光、左旋和右旋圓偏光等。最近，出現(xiàn)了利用兩個非正交態(tài)的偏振光攜帶信息的報道，但也還是僅限于雙通道信息的存儲。如何在有限的硬件條件下拓展信息的通道數(shù)量對于提升信息密度、增強信息安全具有重要的意義。

最近，武漢大學電子信息學院的鄭國興教授課題組提出了一種三通道、非正交偏振的超表面圖像復用技術(shù)。該技術(shù)基于SOI (silicon-on-insulator) 材料，通過對SOI材料的一次刻劃，即可將三幅圖像信息記錄在一片毫米量級大小的SOI材料表面，且每個像素大小低至400 nm × 400 nm。在自然光照明下，所有圖像均不能被解碼；通過在入射光路和反射光路均插入偏振片，并調(diào)節(jié)兩塊偏振片的透光方向至設計值，即可通過放大鏡在反射方向觀察到圖像。此外，改變兩個偏振片的透光方向，可以實現(xiàn)三幅圖像顯示的任意切換，且圖像的分辨率高達63500 dpi。

超表面由周期性排列的硅納米磚陣列、二氧化硅層以及硅襯底組成。其中，納米磚陣列的單元結(jié)構(gòu)均為大小相同、方位角不同的長方體，納米磚的長邊和短邊分別作為對電磁波響應的長軸和短軸，通過改變長軸和短軸的長度，可以調(diào)節(jié)納米磚的電磁共振，從而設計出能夠?qū)崿F(xiàn)起偏器功能的納米磚，即，入射光中只有沿短軸方向的偏振光發(fā)生部分反射，而沿長軸方向的偏振光不反射。我們將其與從馬呂斯定律推導出的納米結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)角簡并性相結(jié)合，巧妙地設計了納米磚陣列的方位角排布，從而實現(xiàn)在不同入射和出射光偏振態(tài)組合下三幅圖像的復用和顯示。

為驗證該方法，課題組設計了一個大小為200 × 200 μm2的超表面圖像顯示樣片，三幅圖像分別為荷花、老鼠和魚。實驗結(jié)果表明，在三種入射出射光偏振態(tài)的組合下，三幅圖像均能夠清晰地被顯示，與設計結(jié)果完全符合(如下圖所示)，從而證明了這種三通道、非正交偏振復用技術(shù)的可行性。

上述工作發(fā)表在近期的Optics Express (“Non-orthogonal-polarization multiplexed metasurfaces for tri-channel gray-imaging”) 上，并被遴選為Editor’s Pick (編輯精選)。

該工作得到國家自然科學基金 (11774273，11904267，91950110)等項目的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1364/OE.415403