动态压电MEMS光学超表面

       光学超表面(OMSs)在亚波长尺度上显示出了前所未有的多用途波前操纵能力，设计用于控制散射光场的局部相位和振幅，因此能够在亚波长尺度上操纵辐射波前。在过去的十年中，许多应用已经被证明，包括自由空间波前整形、多用途偏振转换、光涡旋产生和光学全息术，然而，到目前为止，大多数报道的OMS是静态的，具有定义良好的光学响应，由在制造过程中设置的OMS配置决定。对于更智能和自适应的系统，如光探测和测距(LIDAR)、自由空间光学跟踪/通信和动态显示/全息，开发具有外部控制可重构功能的动态OMS是非常有必要的。然而，动态OMS的实现具有一定的挑战性，因为高密度的阵列单元也是排列在纳米薄平面构型上的。目前研究的一种方法是使用动态控制单元，这些单元的光学特性可以通过外部刺激来调整，从而调整它们的光学响应并重新配置OMS功能。各种动态OMSs已被证明使用这些材料，包括液晶(LCs)，相变材料，二维(2D)材料等。例如，通过将OMS集成到LC单元中，通过以可寻址方式电旋转LC实现可重构波束转向。尽管在这些结构方面取得了某些进展，但仍有未解决的关键问题。

       近日，丹麦南丹麦大学纳米光学中心Sergey I. Bozhevolnyi等人通过将薄膜压电式微机电系统(MEMS)与基于间隙表面等离子体的OMS相结合，开发了一种电驱动动态MEMS-OMS平台，通过精细驱动MEMS反射镜提供可控制的反射光相位和振幅调制。利用这个平台，研究人员演示了用于偏振无关的光束转向和二维聚焦的MEMS-OMS组件性能，结果显示，具有高调制效率(~50%)、宽带操作(在800纳米工作波长附近~20%)和快速响应(<0.4毫秒)。总的来说，研究人员相信利用所开发的MEMS-OMS平台可以实现多种具有动态可重构性能的功能，从而为成功实现高性能动态控制器件的研制开辟了广阔的空间，这些器件在未来的可重构/自适应光学系统中具有潜在的应用潜力。相关研究工作发表在《Science Advances》上。（丁雷）

       文章链接：Chao Meng et al, Dynamic piezoelectric MEMS-based optical metasurfaces.Science Advances(2021).DOI: 10.1126/sciadv.abg5639.