可重构超表面提供纳米级光控制

研究人员设计了机电可重构超薄光学元件，可以逐像素控制和编程。这些多功能的超表面可以提供一种新的基于芯片的方式来实现光的纳米级控制，从而实现更好的光学显示、信息编码和数字光处理。

“超表面是超薄紧凑的光学元件，可以用来控制光的振幅、相位和偏振，”理工大学研究小组组长李说。“尽管大多数超表面都是静态和被动的，但我们创建的超表面会因静电力而发生机械变形。”

在光学学会（OSA）期刊《光学快报》（Optics Express）上，研究人员描述了他们是如何利用kirigami（折纸的一种变体，包括切割和折叠）启发的纳米级技术创建新的超表面的。这使得他们能够创建微小的单元，当施加电压时，这些单元可以从二维设计转换为三维结构。

“我们能够使用可重构的超表面创建动态全息显示，”李说。“这些光学元件可能导致具有光学多任务和可重写功能的新型设备。例如，它们也可能用于实时3D显示器和高分辨率投影仪。”

从二维到三维变换的螺旋图案

为了创造新的超表面，研究人员设计了一个由两个组合螺旋组成的重复二维图案，这些螺旋被蚀刻成金纳米薄膜，悬浮在二氧化硅柱上方。这些单元排列在一个正方形格子中，每个单元之间只有两微米的空间。施加电压时，螺旋会因静电力而变形。这种变换是可逆和可重复的，可用于动态调制超表面的光学特性。

研究人员使用他们的新方法制作了两种亚表面，用于逐像素控制光线。一个超表面使用相同的电压来变形每个单元，但其特征是具有不同结构模式的螺旋，这些结构模式可以创建不同的变形高度。第二个超表面对每个单元施加不同的电压，以实现具有相同结构模式的单元的不同变形高度。

作为概念验证演示，研究人员使用这些超表面演示光束控制和全息显示。“我们仅通过控制电压偏置就能够从超表面重建图像，证明了我们有效光调制方案的可行性，”李说。

研究人员计划探索可用于实现像素化电压控制的策略，例如在商用OLED显示器中用于同时驱动多行的多行寻址方法。为了使该技术更加实用，他们还致力于提高重构系统的信噪比和调制质量。