近期，中國科學院上海光學精密機械研究所張龍研究員、張琤研究員和董紅星研究員團隊在多頻譜兼容的多功能超表面研究方面取得進展。相關研究成果以“Multispectral metasurface for visible transparency, infrared stealth, and mm-Wave frequency-multiplexing”為題發表于Materials & Design。
 

　　隨著光電對抗手段的升級，多模、多頻譜復合精密探測儀器對電磁屏蔽材料的綜合性能提出了更高的要求。近年來提出的超表面具有低剖面、電磁參數可設計等優點，為多頻譜兼容材料的設計提供了新的思路。然而隨著對超表面研究的進一步加深，研究人員更加關注多功能和集成化。
 

　　研究團隊通過設計兩種高占空比的互補C型ITO諧振環并將其交錯排列為超表面，成功在24.5 GHz和41 GHz兩個毫米波頻率下實現了獨立的3-bit相位調控。研究進一步設計并制備了頻率選擇雙聚焦超透鏡以及雙通道超表面全息，驗證了其雙頻波前調控的功能。此外，研究提出的超表面在400–800 nm的平均光學透過率為46%，同時在8–14 μm紅外大氣窗口的發射率為~0.3。該成果有望應用在多功能集成化的新一代智能光學窗口、5G無線通信以及信息存儲技術當中。
 

　　相關工作得到國家自然科學基金、上海市青年拔尖人才計劃等項目的支持。
 

　　圖1 (a) 多頻譜超表面示意圖；(b, c) 互補C型諧振環實現雙頻3-bit相位調控。

 

　　圖2 (a) 制備的雙聚焦超透鏡樣品及實驗測試的焦點分布；(b) 制備的雙通道超表面全息樣品及實驗測試的全息圖像重建；(c) 實驗測得的可見光透過率；(d) 室溫下紅外熱成像測試。