王雪华教授、周张凯副教授、包燕军研究员研究团队在多维光调控超构表面图像打印方面取得重要进展

       超构表面结构（metasurface）是一层具有特殊电磁属性单元的二维平面结构，能够在亚波长尺度范围对光的振幅、相位和偏振进行灵活的调控，在广义斯涅耳定律、超透镜、光自旋霍尔效应、全息等领域有着广泛的应用。在彩色打印领域，和传统的染料分子相比，基于超构表面结构的打印图像具备不易褪色、亚波长的分辨率、高密度信息存储等优点。

       除了单一的静态打印图像显示之外，人们越来越关注于更高级功能的动态图像变换。目前，研究人员一般采用空间交错的方法，将多幅图像基本像素叠加在一起，从而实现不同入射光条件下的不同图像显示。然而这种方法却存在着许多问题，如在不同波长下存在图像串扰、只能通过线偏振光实现图像变换以及无法通过入射角度进行调控等缺点。

      近日，中山大学物理学院王雪华教授、周张凯副教授和包燕军研究员等人在多维光调控超构表面图像打印方面取得重要进展。他们提出了一种全新的相干像素设计的理念，将一个像素中的所有结构元素单元作为一个整体考虑，根据整体像素对于不同入射光的响应来构建超构表面图像信息。该设计方法可以利用入射角度，波长和偏振态的任意取值来操控图像形成，从而实现了多维光参数对打印图像的调控，并完全解决了上面提到的传统设计方法中存在的问题。实验中，他们验证了可以通过任意的光参数调控实现“广州”、“中山”和“大学”三幅汉字图像的变换（图1）。该研究工作不仅为基于超构表面结构的图像变换提供了新的设计方案，同时更重要的是，他们可以将入射角度、波长、偏振的任意组合作为得到特殊加密信息的钥匙，开发基于超构表面的信息加密技术。该加密方法由于利用的是三种光学参量的任意组合，因此其加密安全性将大大高于利用传统超构表面设计方案实现的图像加密（因为传统方案仅能使用的一种光学参量加密，比如左旋或者右旋），很有希望推动超构表面的研究在信息加密和信息安全领域做出贡献（图2）。

      上述工作被选为《Advanced Functional Materials》杂志2018年第51期的inside back cover文章，在12月19号正式发表。论文由物理学院王雪华教授课题组成员独立完成，第一作者是包燕军和虞应研究员，通讯作者是周张凯副教授。该工作研究得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、“广东省特支计划”科技创新青年拔尖人才，广东省自然科学杰出青年项目和一般项目，广州市科技创新委“珠江科技新星”项目，以及光电材料与技术国家重点实验室等项目的大力支持。文章链接为：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201805306

图1 实现利用三种光学参量（即入射角度、入射偏振、入射波长）的任意组合控制的一片超构表面样品输出三种图像

图2 基于超构表面开发的信息加密技术