光學界重大突破！雙層超穎光柵解鎖光波角度與波長糾結難題

中山大學董建文教授與復旦大學周磊教授領導的國際團隊，成功利用創新的雙層超穎光柵結構，突破光學領域長期存在的「角度-波長鎖定」基本限制。這項刊登在《eLight》期刊的研究，為AR/VR顯示器、光譜成像等尖端技術帶來革命性進展。

在傳統週期性光學系統中，光的波長與傳播角度存在天然耦合現象。這種被視為物理本質的「色散效應」，導致調整入射角度時會連帶改變濾波波長，造成AR顯示出現彩虹紋、廣角成像產生色散模糊等技術瓶頸，嚴重影響光電探測器的光譜資料精準度。

研究團隊透過理論分析發現，光學模態的「輻射方向性」是解鎖這道物理枷鎖的關鍵。他們建立完整的共振光譜相點陣圖，證實空間反轉對稱性與高度定向輻射，是打破角度-波長鎖定的必要條件。團隊特別設計具有橫向位移的雙層超穎光柵，在保持空間反轉對稱的同時破壞垂直鏡面對稱，實現對輻射方向的精準調控。

「輻射方向性就像魔法橡皮擦，能精準消除色散曲線上的光譜特徵。」研究人員如此形容這項突破。這項技術使角度與波長能獨立調控，克服了固有色散造成的限制。

在製程方面，團隊開發出新型奈米加工技術，透過多重蝕刻步驟、間接厚度量測與迭代沉積工藝，結合高精度雙層對準技術，成功製作出近紅外波段工作的雙層超穎光柵。該製程可實現10奈米級對準精度，並相容多種間隔層材料，為雙層光子系統研究建立靈活的實驗平臺。

實驗結果顯示，新型結構僅在單一角度和單一波長下會產生高反射率。團隊更運用角度分辨光學顯微技術，定量測量共振模態的單向輻射特性，驗證其理論預測。此外，研究團隊首創毫米級高精度雙層超穎光柵，成功在0度入射角與1342奈米波長下實現高對比度的空間-頻譜雙重選擇成像。

這項突破不僅解決光學領域的基礎難題，更為AR/VR顯示、光譜成像、半導體製程等技術應用開闢新途徑。想掌握最新科研動態？立即訂閱《科技日報》電子報。