平面可调光学器件的重大进展

如今，控制光束通常使用由玻璃制成的曲面透镜，这些透镜或凹或凸，以不同方式折射光线。这类透镜应用广泛，从太空望远镜、雷达系统等高技术设备，到相机镜头、眼镜等日常用品均有涉及。但玻璃透镜占据空间，且难以在保持功能的前提下缩小体积。

然而，平面透镜有望实现微型光学器件并开拓新的应用领域。这类平面透镜被称为超透镜（metalenses），属于光学超表面（metasurfaces）的范畴。该研究领域发展迅猛且潜力巨大，但当前技术仍存在局限性。

"超表面的工作原理是在平面上以特定图案排布纳米结构，使其成为光的接收器。每个接收器（或称天线）以特定方式捕获光线，这些纳米结构协同作用即可按需调控光束，"林雪平大学应用物理学教授 Magnus Jonsson 解释说。

当前的光学超表面材料包括金或二氧化钛等。但其关键挑战在于制造完成后无法调节功能。学界与产业界均提出需求，例如实现超表面的开关功能或动态调整超透镜焦点。

2019年，Magnus Jonsson 在有机电子实验室的研究团队证实导电塑料（导电聚合物）可解决这一问题。他们证明这种塑料在光学上能表现出类似金属的特性，因此可作为构建超表面的天线材料。借助聚合物的氧化还原能力，纳米天线实现了开关控制。然而，导电聚合物超表面的性能始终受限，无法与传统材料超表面媲美。

如今，该研究团队成功将性能提升十倍。通过精确控制天线间距，利用集体晶格共振（collective lattice resonance）效应放大光相互作用，使天线间形成协同增强。

"研究表明，由导电聚合物制造的超表面性能已提升至可满足实际应用需求的水平，"研究第一作者、课题组博士后 Dongqing Lin 表示。

目前该团队已实现基于导电聚合物的红外光可控天线制造，但可见光波段仍待突破。下一步将开发适用于可见光谱的功能材料。