近日，我们徐挺教授课题组在光学超构材料领域取得新进展，通过调节超构材料的色散等频率面的拓扑形态，在光子拓扑转变点附近实现了极窄范围内的角度透明效应，即只有当光线垂直于超构材料表面时光才能透过。其它任何的角度入射的光线都会被超构材料所阻隔。基于此效应，该光学超构材料被实验证明可以很好的抑制传统无透镜成像中所存在干涉和衍射效应，从而实现高分辨率的远场投影成像。该工作以《Angular Optical Transparency Induced by Photonic Topological Transitions in Metamaterials》为题发表在光学类知名期刊Laser & Photonics Reviews上（DOI: 10.1002/lpor.201700309）。
光学超构材料作为一种新型人工复合材料，具有自然材料所不具备的超常电磁特性，为超控电磁波提供了全新的技术途径。我们徐挺教授课题组，通过在原理上调节金属纳米线阵列超构材料的色散等频率面，使其拓扑形态发生椭球面到双曲面的拓扑转变，并在临界点附近实现了极小的角度选择性透明（理论计算中心波长透明窗口范围−2° <θ< 2°）。结合理论参数设计，通过电化学生长的方法在多孔氧化铝模版中填充银纳米线，合成了大面积的光学超构材料薄膜，并在实验中获得了极窄的光学透明窗口。
图1.基于纳米线阵列结构的超构材料薄膜具有角度选择透明特性
基于角度选择透明特性，合成的超构材料薄膜可以应用于衍射受限的远场投影成像中。由于受到衍射和干涉的影响，一个20 μm × 25 μm的符号 π在空间中自由投影的距离小于6 μm，而在覆盖了光学超构材料薄膜之后其像斑可以被很好的投影到12 μm以上（理论计算可达50 um以上），其证明了这种特殊的超构材料薄膜在抑制光的衍射和干涉方面有很大的优势。另外，由于极小的透明窗口、超薄的平面架构以及较好的环境容忍性使这种光学超构材料在包括私密保护及光束准直等领域有望发挥更大的作用。
图2.超构材料薄膜应用于远场投影成像（a）有超构材料覆盖层的成像效果；（b）无超构材料覆盖层的对比实验成像效果。
Betway必威西汉姆联2017级博士生霍鹏程为论文第一作者，徐挺教授为论文通讯作者，本工作得到了陆延青教授的精心指导，该研究获得了科技部重点研发计划、基金委面上项目以及江苏省双创人才计划资助。
（徐挺课题组）
