光學超表面可以在亞波長尺度上前所未有地調(diào)節(jié)多功能波前。然而，大多數(shù)完善的光學超表面是靜態(tài)的，并且具有明確定義的光學響應，這些響應是由在其開發(fā)過程中設置的光學超表面配置決定的。迄今為止所研究的材料的動態(tài)配置通常顯示出特定的限制和降低的可重構性。在現(xiàn)在發(fā)表在《科學進展》雜志上的一份新報告中，孟超和丹麥、挪威和的納米技術、納米光學和電子學研究團隊將薄膜壓電微機械系統(tǒng)(MEMS) 與間隙表面等離子體-基于光學超表面(OMS)。使用該設置，他們開發(fā)了一種電驅(qū)動的動態(tài)微機電系統(tǒng)-光學超表面平臺，通過精細地驅(qū)動 MEMS 反射鏡來調(diào)節(jié)相位以及反射光的幅度調(diào)制。使用該平臺，他們展示了這些組件如何以高調(diào)制效率和快速響應提供與偏振無關的光束控制和二維聚焦。該平臺提供靈活的解決方案，通過在可重構和自適應光網(wǎng)絡??和系統(tǒng)中的應用來實現(xiàn)二維波前規(guī)則的復雜動態(tài)。

光學超表面

光學超表面通常代表納米結構元件的亞波長密集平面陣列，也稱為超原子，旨在提供散射光場和局部相位調(diào)節(jié)。過去的許多應用已經(jīng)證明了自由空間波前成形、通用偏振變換、光學渦流生成和光學全息。對于更智能和自適應的系統(tǒng)，包括光檢測和測距(LIDAR) 以及自由空間光學跟蹤和通信，或動態(tài)顯示和全息術，非常需要開發(fā)光學超表面具有可重新配置的功能。在這項工作中，孟超和一個科學家團隊將薄膜壓電 MEMS(微機械系統(tǒng))與基于間隙表面等離子體的光學超表面(OMS)相結合，開發(fā)出一個電驅(qū)動的動態(tài) MEMS-OMS平臺。在主要思想中，他們促進了傳統(tǒng)的基于間隙表面等離子體的光學超表面，以形成可移動的背反射器?？茖W家們設計并開發(fā)了 OMS 和 MEMS 反射鏡以識別處理路徑，然后將它們組合起來以確保雙方的設計自由度，同時降低開發(fā)過程中的復雜性。這項工作提供了一個具有超緊湊尺寸和低功耗的連續(xù)可調(diào)和可重新配置的 MEMS-OMS 平臺。

實驗

使用這個平臺，孟等人。實驗顯示動態(tài)偏振獨立光束轉向和反射二維聚焦。他們用電驅(qū)動 MEMS 反射鏡來調(diào)節(jié) MEMS-CMS 距離，并顯示出與偏振無關的動態(tài)響應，具有很高的調(diào)制效率。該器件在 800 nm 波長下工作，對于橫向磁 (TM) 和橫向電 (TE) 偏振，光束控制效率達到 40% 到 46%。所提出的器件保持金屬-絕緣體-金屬結構，該結構由放置在硅基板頂部的厚金層組成，以形成微機電系統(tǒng)反射鏡，而玻璃基板上的金納米磚二維陣列形成光學超表面(OMS) 結構。科學家們在設備中促進了提議的功能波長，并觀察了反射相位響應的轉換，以表明實現(xiàn) MEMS-OMS 芯片的簡單而直接的方法。

設計實驗條件

然后，該團隊設計了一個 MEMS-OMS 平臺，使用單獨設計的光學微透鏡和印刷電路板上的超快 MEMS 反射鏡來實現(xiàn)偏振無關的動態(tài)光束控制。該方法簡化了開發(fā)過程，他們使用光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡對實驗裝置的各個組件進行了表征。在裝置的設計和制造之后，Meng 等人。使用多波長干涉法估計 MEMS 反射鏡和 OMS 基板表面之間可實現(xiàn)的最小間隙。該值小至 100 nm，科學家們使用波長可調(diào)激光器和光學、偏振和成像組件表征了 MEMS-OMS 平臺的性能。薄膜鏡存活超過10年標準操作條件下11個周期來完成光學、電容和壓阻傳感，MEMS 器件還可以保持諧振頻率而不不穩(wěn)定。為了了解 MEMS-OMS 設備背后的動態(tài)聚焦機制，Meng 等人。電驅(qū)動鏡子并觀察直接物平面中相應的光學響應，并使用聚焦的入射光束驗證聚焦效果。

外表

通過這種方式，Chao Meng 及其同事開發(fā)了一種電驅(qū)動的動態(tài) MEMS-OMS 平臺，該平臺將薄膜壓電 MEMS 反射鏡與光學超表面相結合。該平臺通過微驅(qū)動 MEMS 反射鏡提供反射光的相位和幅度調(diào)制調(diào)制?？茖W家們設計并展示了在近紅外波長范圍內(nèi)運行的 MEMS-OMS 設備，以記錄快速和高效的功能?？梢酝ㄟ^規(guī)避減小 MEMS反射鏡之間間隙的要求來改進實驗設置和 OMS 表面。Meng 等人使用在這項工作中開發(fā)的設備。實現(xiàn)了多樣化的功能和動態(tài)可重構性能，以打開迷人的視角，實現(xiàn)高性能、動態(tài)控制的設備，在可重構和自適應光學系統(tǒng)中具有潛在的未來應用。