超表面技术是一种先进的光学技术，与传统技术相比，它更薄、更轻，并能通过纳米级人工结构精确控制光线。KAIST的研究人员克服了现有超表面技术的局限性，成功设计出一种能够完美控制非对称光传输的Janus超表面。通过应用这项技术，他们还提出了一种创新方法，只在特定条件下解码信息，从而大大提高了安全性。研究小组的研究成果发表在《先进材料》杂志上。研究小组由材料科学与工程系的Jonghwa Shin教授领导。具有非对称传输功能的器件原理图。a)用作背面照明放大镜的设备。b)用作正面照明偏振相机的设备。不对称特性会因方向不同而产生不同的反应，在科学和工程的各个领域发挥着至关重要的作用。研究团队开发的Janus超表面实现了一种能够在两个方向上发挥不同功能的光学系统。就像罗马神话中拥有两张面孔的Janus神一样，这种超表面会根据入射光线的方向显示出完全不同的光学响应，从而有效地利用单一装置运行两个独立的光学系统（例如，超表面在一个方向上可充当放大镜，在另一个方向上可充当偏振相机）。换句话说，利用这项技术，可以根据光线的方向操作两个不同的光学系统（如透镜和全息图）。这一成果解决了现有超表面技术没有解决的难题。传统的超表面技术在根据入射方向选择性地控制光的三种属性——强度、相位和偏振方面存在局限性。研究团队根据数学和物理原理提出了解决方案，并在实验中成功实现了两个方向的不同矢量全息图。通过这一成果，他们展示了完整的非对称光传输控制技术。![]()
偏振方向多路复用Janus矢量全息图。a)由单个双层超表面创建的Janus矢量全息图示意图。阴影区域表示非目标空间通道。b)将CIELAB色彩空间映射到标准化的 Poincaré球体上。此外，研究团队还在这项超表面技术的基础上开发了一种新的光学加密技术。通过使用 Janus 超表面，他们实现了一种矢量全息图，它能根据入射光的方向和偏振状态生成不同的图像，展示了一种光学加密系统，该系统只有在特定条件下才能解码信息，从而大大提高了安全性。这项技术有望成为下一代安全解决方案，适用于量子通信和安全数据传输等多个领域。
此外，超表面的超薄结构有望大幅缩小传统光学设备的体积和重量，为下一代设备的小型化和轻量化设计做出巨大贡献。韩国科学技术院材料科学与工程系的Jonghwa Shin教授说：“这项研究实现了对光的强度、相位和偏振的完全非对称传输控制，而这一直是光学领域的挑战。它为开发各种应用光学设备提供了可能。我们计划继续开发可应用于增强现实（AR）、全息显示、自动驾驶汽车的激光雷达系统等各个领域的光学设备，充分发挥超表面技术的潜力。”相关链接：https://phys.org/news/2024-10-janus-metasurface-technology-optical-responses.html论文链接：https://dx.doi.org/10.1002/adma.202406717
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