相位耦合设计方案[相位耦合现象是什么]

手性是自然界普遍存在的一种物质几何结构特性，表征物质不能通过旋转或平移与其镜像结构重合。这种特性使得手性材料能够产生圆二色性、旋光性等手性响应，在生物医学探测、偏振调制器件等方面具有重要应用潜力。然而，天然材料中的手性响应往往较弱且难以控制，限制了其实际应用。超表面作为一种由亚波长单元序构而成的人工复合二维材料，具有自然材料所不具备的奇异电磁特性，能够通过结构设计获得强手性响应。在此基础上，通过形变或加载有源元件等方式构成的可重构超表面，进一步拓展了手性响应的调控方式，受到了研究人员的广泛关注。其中，形变这一重构方式，具有质量轻、成本低、形变方式灵活等优势，具有良好的应用前景。

形变式可重构超表面可以借鉴折纸（Origami）和剪纸（Kirigami）的空间形变方式，通过改变折叠方式、折叠角度来改变单元结构的空间状态或空间序构，从而改变超表面与电磁波的相互作用，实现可重构的电磁波调控功能。目前，折纸/剪纸超表面在手性调控方面的研究主要集中在操纵整个超表面电磁波反射、吸收或传输的全局光学手性，即所有单元结构的电磁特性具有一致性，而通过形变式手性超表面实现复杂波前调控方面则鲜有报道，例如通过相位编码实现极化选择波束赋形、聚焦等。因此，通过折纸/剪纸空间形变方式实现超表面手性切换和其他复杂电磁调控功能的集成设计，仍具有一定的挑战性。

针对这一问题，南京大学电子科学与工程学院冯一军教授团队提出了一种基于折纸的可重构手性相位编码超表面，并实现了可重构圆偏振片、可重构手性异常反射器等功能器件，如图1所示。该工作首先根据传播相位调控理论构建了具有高透射性的单层“C”型开口环谐振单元，并根据理论计算设计各单元的结构参数，使超表面可实现异常反射对应的相位分布。在此基础上，通过折纸技术在单元结构中引入传播方向的高度差，改变超表面单元对入射圆极化波的耦合模式，从而在调控相位响应的同时产生强手性响应，实现手性状态切换和旋性选择的波束调控。该研究成果为研制可重构手性电磁调控器件提供了新的有效途径，有望应用于偏振测量、传感探测、成像系统等方面，并且这一设计方法具有良好的扩展性，可为太赫兹和可见光波段的可重构手性相位编码超表面提供新的设计思路。

相关研究成果以“Chirality-switching and Reconfigurable Spin-selective Wavefront by Origami Deformation Metasurface”为题，发表于学术期刊Laser & Photonics Reviews（DOI: 10.1002/lpor.202300720）。南京大学博士研究生郑依琳为论文的第一作者，陈克副教授与冯一军教授为论文的共同通信作者，南京大学赵俊明教授和姜田教授也参与了该工作。

图1 基于折纸的可重构手性异常反射器及超表面结构折叠形变过程示意图。

WILEY

论文信息：

Chirality-switching and Reconfigurable Spin-selective Wavefront by Origami Deformation Metasurface

Yilin Zheng, Shaojie Wang, Kun Duan, Weixu Yang, Ke Chen*, Junming Zhao, Tian Jiang, Yijun Feng*

Laser & Photonics Reviews

DOI：10.1002/lpor.202300720

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& Photonics

Reviews

期刊简介

Laser & Photonics Reviews是一份双月刊同行评审科学期刊，涵盖光学科学各个方面的研究，由Wiley-VCH出版，包含综述、论文、快讯文章等内容，2021年影响因子13.138。

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