近日，南京大学电子科学与工程学院的研究团队在《PhotoniX》期刊上发表了一项突破性研究，提出了一种基于混合相位协同色散工程的宽带自旋解锁消色差超构表面技术。
本文提出并验证了一种宽带、自旋解耦的消色差超表面平台。该平台基于混合相位协同色散工程策略，巧妙地将Aharonov-Anandan (AA) 几何相位与Pancharatnam-Berry (PB) 几何相位相结合，实现了在单个超表面层内对右旋圆极化波（RCP）和左旋圆极化波（LCP）的相位和群延迟进行完全独立、解耦的控制。研究通过设计双弧形伞状超原子，构建了能够实现宽带消色差功能的波束偏转器和超透镜，并在微波频段进行了实验验证。作者信息
第一作者：Jiahao Wang（王佳豪） 和 Kai Qu（屈凯）（并列一作）
通讯作者：Ke Chen（陈克），Yijun Feng（冯一军）
其他作者：Junzhe Ni（倪俊哲）， Weixu Yang（杨伟旭）， Kui Tang（汤魁）， Shufang Dong（董淑芳）， Shaojie Wang（王少杰）， Junming Zhao（赵俊明）， Tian Jiang（蒋霆）。
核心创新点
创新性地提出并融合了AA相位与PB相位：AA相位用于解耦两个自旋通道的响应，实现对RCP和LCP相位与群延迟的独立调控；PB相位则用于扩展相位调控范围，而不影响群延迟。
设计了一种新颖的“双伞形”超原子：通过调节其弧形长度、连接杆长度和旋转角度等结构参数，可以在两个自旋通道中独立控制群延迟（调控共振强度）和相位（调控共振频率和AA相位）。
首次实验实现了“自旋解耦的宽带消色差”功能：成功演示了微波和太赫兹频段下，RCP和LCP通道具有不同焦距或偏转角且无色散的波束偏转器和超透镜。
超原子设计：
图 1 单层自旋解锁消色差超表面的概念图。
图 2 所提超原子的电磁响应。
自旋解锁消色差器件
为验证这一技术，团队设计并制备了两种自旋解锁消色差器件：光束偏转器和超构透镜。
光束偏转器能够在8-12 GHz频段内，将入射的线偏振光分解为左右旋圆偏振分量，并分别偏转到不同方向而不产生角度色散。实验结果显示，偏转角度在整个频带内保持稳定，而基于传统PB相位的色散器件则表现出明显的频率依赖性。
图 3 无自旋锁定消色差光束偏转器的设计。
超构透镜则实现了更复杂的功能：在微波频段，左旋和右旋圆偏振光被聚焦到不同的焦距（160 mm和200 mm），且在整个频带内焦点位置保持稳定。测量结果显示，聚焦效率平均达到50%，半高全宽接近理论衍射极限。图 5 无旋转锁定的全息无色合像透镜的设计及结果。
应用前景与未来展望
该技术不仅在微波和太赫兹频段表现出色，还具备向光学频段扩展的潜力。研究团队已在太赫兹频段（0.8-1.2 THz）成功验证了类似器件的性能，为可见光应用奠定了基础。
这一突破为多通道全彩色成像、片上光谱检测和自旋光子学应用提供了全新平台。未来，结合柔性材料可进一步开发可穿戴光子器件，而结合人工智能算法有望实现超构表面的智能逆向设计
文献信息
Wang, J., Qu, K., Ni, J. et al. Broadband spin-unlocked achromatic meta-devices empowered by hybrid-phase cooperative dispersion engineering. PhotoniX6, 56 (2025). https://doi.org/10.1186/s43074-025-00217-z
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