近日，太阳成集团tyc9728王涌天教授团队的黄玲玲教授等人和德国帕德博恩大学的Thomas Zentgraf教授课题组合作，提出了一种基于全介质超颖表面的彩色印刷和全息技术共同调制方法，能够同时进行光谱和空间调制。该项研究成果发表在纳米领域著名期刊Nano Letters上，题目为Simultaneous Spectral and Spatial Modulation for Color Printing and Holography Using All-Dielectric Metasurfaces。
　　超颖表面具有独特的在亚波长尺度上任意调制入射电磁波的相位、振幅和偏振的能力，能够实现对近场或远场的调控，产生各种特殊的光学效应，具有强大的多功能性，近年来吸引了研究人员的广泛关注，在全息显示、干涉测量、数据存储、医疗成像、图像处理和识别等方面具有广泛的应用，成为一个快速发展的研究领域。其中，超颖表面全息技术展现出了独特的优势，与传统的基于空间光调制器的全息显示技术相比，该方法具有超薄、紧凑特性，极大地促进了全息器件的微型化，且克服了传统全息所面临的诸如存在多级衍射级次串扰、视场角小、带宽窄、存在孪生像等挑战，极大地提高了目标图像的再现质量。
　　但是，普通的超颖表面全息图仅编码相位分布或深度信息，在非相干光的照射下通常呈现为随机的无特征的图案，无法用来调制光谱响应。在现有的光谱调制应用中，基于超颖表面光谱响应的彩色印刷具有很大的潜力，其亚波长的分辨率远远超越了当前的普通颜色显示技术的分辨率极限。为了充分利用超颖表面具有的优异的波前调控能力和极高的设计自由度，迫切需要一种能够通过单个超颖表面同时对波前的空间信息和光谱信息进行调制的方法，以便将微纳全息技术与超颖表面彩色印刷技术相结合，进一步提高超颖表面的信息容量。
　　针对这一问题，黄玲玲教授团队和德国Zentgraf教授合作，提出了一种基于全介质超颖表面的同时调制光谱和空间信息的方法。该方法使用对应不同结构色各自光谱响应的多种介质纳米天线作为基本组成单元来构建全介质超颖表面，通过并行Gerchberg-Saxton算法针对超颖表面彩色印刷模式下的彩色图案区域划分进行索引，同时且独立地获得波长复用超颖表面全息图针对不同波长的不同相位分布，并使用贝里相位调制原理实现相位调制，实现了彩色印刷和全息技术的结合。该种全介质超颖表面能够同时调制超颖表面的光谱响应和出射波前的空间相位分布，在白光照射下呈现为显微彩色图像，同时在特定的几个波长的相干单色激光照射下能够在远场分别再现出具有较高效率的不同全息再现像，实现极低串扰的高质量彩色全息显示。此种多功能超颖表面可以在全息显示、数据存储、图像加密和防伪相关的前沿应用中发挥重要作用。

　　文章链接：Simultaneous Spectral and Spatial Modulation for Color Printing and Holography Using All-Dielectric Metasurfaces, Nano letters (2019). DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b03957