通过LNOI赋能的超表面实现千兆赫率可切换波前整形

在过去的十年中，部署二维人造纳米结构的超表面已成为在不同自由度上操纵光的突破性平台。这些超表面在基础科学研究和工业应用中表现出巨大的潜力。

与静态光场控制相比，动态光场控制在时域引入了新的控制变量，可以实现实时光束整形、空间光调制、信息处理等。主动超表面能够高速操纵空间和时间域中的光，有可能开辟光子技术的新领域，弥合理论物理和实际应用之间的差距。

动态可重新配置功能是关键。尽管探索了一系列材料和技术来增强超表面的可调谐性，但以非常高的速度实现可调谐波前仍然是一个艰巨的挑战。幸运的是，最近出现的绝缘体上铌酸锂(LNOI)技术为超高速可调谐超表面提供了一个有前景的平台。

LNOI因其出色的电光效应而成为光子集成电路(PIC)的通用材料。该技术显着提升了PIC的性能，使其成为未来高速电光调制设备的领先平台。

最近，华东师范大学和南京大学的联合研究小组成功地将电极、超表面和LNOI光子波导集成在PIC器件中。据《AdvancedPhotonics》报道，他们展示了具有集成PIC驱动超表面的超高速波前成形超表面。

通过向电极施加不同的电信号，该设备表现出以可重构的任意偏振态塑造任何波前的能力。研究人员展示了各种功能的高速可调性，包括横向焦点位置和焦距控制、轨道角动量(OAM)和贝塞尔光束。

通过在该波导方案中有效组合双折射纳米结构的传播相位和几何相位，可以在任意正交偏振中控制这些功能的可调谐性。实验测量表明系统可以在高达1.4GHz的调制速度下运行。

作者强调，目前的高速调制结果是初步的。该设备有潜力通过优化电极设计，利用铌酸锂的电光效应，将调制速度提高到数百吉赫兹。

华东师范大学精密光谱国家重点实验室的通讯作者李林教授表示：“亚波长超表面和光波导的集成提供了一种通用且高效的方法，可以在多个自由度上高速操纵光。这一进步为光通信、计算、传感和成像领域的潜在应用铺平了道路。”