近日，我院包燕军教授在多维光场调控领域取得重要进展。研究团队在实验上验证了基于单个超构表面的全光参量（波长、偏振、观察角度）复用技术，成功将150个独立的信息通道集成于一体，创造了光学复用通道数量的新纪录。该成果以“High-Capacity Full-Parameter Optical Multiplexing with Metasurfaces”为题，发表于国际知名学术期刊《Advanced Functional Materials》上（文章链接）。包燕军教授和李宝军教授为论文共同通讯作者。
光学复用技术可利用光的不同物理维度分别承载信息，是提升光学系统信息容量的核心技术。在各种光学参量中，波长、偏振和波矢方向（或观察角度）是平面波最核心的三个独立物理自由度。然而，以往的超构表面研究大多局限于对单个或部分参数的复用，难以将所有自由度同时整合，导致信息容量和功能维度受限。
针对这一问题，研究团队提出了一种高效的梯度优化算法。该算法能够协同优化超构表面上数百万个纳米单元的几何参数，使其能够根据入射光的波长、偏振以及观察者的角度，展现出完全不同的、预设的光学功能。通过这种精巧的设计，研究团队成功地将三个光学维度“解耦”，实现了波长、偏振和观察角度之间的独立高效率调控和信息编码，且通道间的串扰极低。基于该算法，研究团队设计并制备了相应的超构表面器件，实验上成功实现了2个偏振、3个波长和25个观察角度的组合，构成出高达150个独立的信息通道。利用这一技术，研究团队进一步实现了全彩色的动态图像显示，针对同偏振光，观察者只要改变观察角度，就能看到一幅连续播放的“全彩功夫动画”或一个“旋转的风车”，仿佛打开了一个多维信息窗口。
该工作首次实现了对光场全部基本参数的并行复用，极大地提升了光学器件的信息处理能力和功能集成度，不仅为超构表面的设计提供了新范式，也为开发超紧凑多功能光学系统铺平了道路。
