微型天线的集合可以放大和控制任何方向偏振的光

天线接收和发射电磁波，将信息传递给我们的收音机、电视、手机等。圣路易斯华盛顿大学McKelvey工程学院的研究人员设想了一个天线重塑更多应用的未来

他们的新超表面，由微小纳米天线制成的超薄材料，可以以非常精确的方式放大和控制光，可以取代从眼镜到智能手机镜头的传统折射表面，并改善增强现实/虚拟现实和激光雷达（光检测和测距）等动态应用

虽然超曲面可以非常精确和有效地操纵光，从而实现强大的光学设备，但它们通常受到一个主要限制：超曲面对光的偏振非常敏感，这意味着它们只能与定向并沿特定方向传播的光相互作用。虽然这在阻挡眩光的偏振太阳镜和其他通信和成像技术中很有用，但要求特定的偏振会大大降低超表面的灵活性和适用性

为了克服这一障碍，普雷斯顿·M·格林电气与系统工程系助理教授Mark Lawrence领导的一个团队展示了保持高精度和效率的极化无关和高度共振的超表面。研究结果发表在《纳米快报》上

劳伦斯说：“当我们将这些微小的天线组合在一起以塑造光波时，我们可以摆脱对成型玻璃或其他折射材料的依赖。”。“我们可以缩小我们的设备，按照我们喜欢的方式设计和塑造它们，并且仍然准确有效地操纵光。”

劳伦斯的偏振无关超表面具有所谓的高质量因子，这意味着它们在很窄的共振频率带内长时间捕获光，对外部刺激产生强烈的反应。这种灵敏度增强了功能，将为光整形开辟新的应用

Lawrence补充道：“我们不仅仅是让元曲面变小，我们还在用新的功能嵌入它们。”。“例如，通过在我们的设备内共振放大光，我们可以制作眼镜，为佩戴者翻译和理解传入的信息，或者制作可编程镜片，根据用户的需要精确地改变焦点或引导光线。”

该团队早期迭代的高共振超表面只有在用特定偏振照射时才能实现这些高级特性。但是，有了一种新的超表面制造方法，就不再需要偏振器了

Lawrence和第一作者Bo赵（Lawrence团队的研究生）设计了具有两种交叉极化模式的超表面，这些模式可以独立调谐和工作。这两种模式的仔细对准和调谐使元表面能够同时操纵多个偏振的光，而不会损失效率或其他所需的质量

这项工作的意义不仅在于提高元曲面的通用性。通过实现高度共振的偏振无关波阵面整形，新型超表面可以帮助解锁光的非线性生成和混合的新方法，从而有可能在信号处理、量子器件设计以及其他成像和传感应用方面取得突破 More information: Bo Zhao et al, Polarization-Independent High-Q Phase Gradient Metasurfaces, Nano Letters (2025). DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c05260

Journal information: Nano Letters