超表面技術(shù)是一種先進(jìn)的光學(xué)技術(shù)，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，它更薄、更輕，并能通過(guò)納米級(jí)人工結(jié)構(gòu)精確控制光線。KAIST 的研究人員克服了現(xiàn)有超表面技術(shù)的局限性，成功設(shè)計(jì)出一種能夠完美控制非對(duì)稱光傳輸?shù)腏anus超表面。通過(guò)應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，他們還提出了一種創(chuàng)新方法，只在特定條件下解碼信息，從而大大提高了安全性。

研究小組的研究成果發(fā)表在《先進(jìn)材料》雜志上。研究小組由材料科學(xué)與工程系的Jonghwa Shin教授領(lǐng)導(dǎo)。

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具有非對(duì)稱傳輸功能的器件原理圖。a） 用作背面照明放大鏡的設(shè)備。b） 用作正面照明偏振相機(jī)的設(shè)備。

不對(duì)稱特性會(huì)因方向不同而產(chǎn)生不同的反應(yīng)，在科學(xué)和工程的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的 Janus 超表面實(shí)現(xiàn)了一種能夠在兩個(gè)方向上發(fā)揮不同功能的光學(xué)系統(tǒng)。

就像羅馬神話中擁有兩張面孔的Janus神一樣，這種超表面會(huì)根據(jù)入射光線的方向顯示出完全不同的光學(xué)響應(yīng)，從而有效地利用單一裝置運(yùn)行兩個(gè)獨(dú)立的光學(xué)系統(tǒng)（例如，超表面在一個(gè)方向上可充當(dāng)放大鏡，在另一個(gè)方向上可充當(dāng)偏振相機(jī)）。換句話說(shuō)，利用這項(xiàng)技術(shù)，可以根據(jù)光線的方向操作兩個(gè)不同的光學(xué)系統(tǒng)（如透鏡和全息圖）。

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偏振方向多路復(fù)用 Janus 矢量全息圖。a） 由單個(gè)雙層超表面創(chuàng)建的 Janus 矢量全息圖示意圖。陰影區(qū)域表示非目標(biāo)空間通道。b） 將 CIELAB 色彩空間映射到標(biāo)準(zhǔn)化的 Poincaré 球體上。

這一成果解決了現(xiàn)有超表面技術(shù)沒(méi)有解決的難題。傳統(tǒng)的超表面技術(shù)在根據(jù)入射方向選擇性地控制光的三種屬性--強(qiáng)度、相位和偏振方面存在局限性。

研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)數(shù)學(xué)和物理原理提出了解決方案，并在實(shí)驗(yàn)中成功實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)方向的不同矢量全息圖。通過(guò)這一成果，他們展示了完整的非對(duì)稱光傳輸控制技術(shù)。

此外，研究團(tuán)隊(duì)還在這項(xiàng)超表面技術(shù)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了一種新的光學(xué)加密技術(shù)。通過(guò)使用 Janus 超表面，他們實(shí)現(xiàn)了一種矢量全息圖，它能根據(jù)入射光的方向和偏振狀態(tài)生成不同的圖像，展示了一種光學(xué)加密系統(tǒng)，該系統(tǒng)只有在特定條件下才能解碼信息，從而大大提高了安全性。

這項(xiàng)技術(shù)有望成為下一代安全解決方案，適用于量子通信和安全數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷鄠�(gè)領(lǐng)域。

此外，超表面的超薄結(jié)構(gòu)有望大幅縮小傳統(tǒng)光學(xué)設(shè)備的體積和重量，為下一代設(shè)備的小型化和輕量化設(shè)計(jì)做出巨大貢獻(xiàn)。

韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院材料科學(xué)與工程系的Jonghwa Shin教授說(shuō)：“這項(xiàng)研究實(shí)現(xiàn)了對(duì)光的強(qiáng)度、相位和偏振的完全非對(duì)稱傳輸控制，而這一直是光學(xué)領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。它為開(kāi)發(fā)各種應(yīng)用光學(xué)設(shè)備提供了可能。我們計(jì)劃繼續(xù)開(kāi)發(fā)可應(yīng)用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、全息顯示、自動(dòng)駕駛汽車的激光雷達(dá)系統(tǒng)等各個(gè)領(lǐng)域的光學(xué)設(shè)備，充分發(fā)揮超表面技術(shù)的潛力。”

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論文鏈接：https://dx.doi.org/10.1002/adma.202406717