近日，复旦大学物理学系/应用表面物理全国重点实验室周磊教授团队联合中山大学物理学院/光电材料与技术全国重点实验室董建文教授提出了调控Fano共振光谱的辐射单向性新自由度，基于双层错位超构光栅克服了周期体系内禀的角度-波长锁定机制。团队发展了双层微纳光栅制备工艺和辐射单向性的显微角分辨测量技术，并在实验上首次展示了具有“空间频率-光谱频率”联合选择性的高对比度成像。相关研究成果以 “Overcoming intrinsic dispersion locking for achieving spatio-spectral selectivity with misaligned bilayer metagratings” 为题发表于eLight期刊。复旦大学物理学系博士后庄泽鹏和中山大学物理学院研究生周鑫、曾浩龙为该论文的共同第一作者。

图1.基于双层超构光栅的光学辐射单向性按需精确抑制反射，实现单一波长和单一角度的光谱选择性

长期以来，由于周期体系具有内禀的色散特性，共振光谱中角度和波长存在锁定关系。因此，在人们的传统认知里，光入射角度改变伴随光学器件滤波波长改变是普遍的物理规律。这种锁定关系使得独立操控角度和波长成为难题，也为光学应用设置了基础性限制。

图2. 双层超构光栅的理论设计相图和实验表征。

研究团队从理论上发现，光学模式辐射单向性是破解这一难题的关键。他们发现辐射单向性如同一块神奇的橡皮差，使得人们能够精准地擦除色散曲线上光的反射痕迹，克服角度和波长的锁定关系。实验上，控制超薄间隔层（约30纳米）的平整度和精细错位距离（约30纳米）是实验制备面临的核心挑战。针对这一难题，研究团队经过持续多年的技术迭代，自主研发了“多次刻蚀-间接测量-再沉积”的间隔层厚度控制工艺和双层精细对准的套刻工艺，成功制备了工作在近红外波段的高质量双层错位超构光栅样品。

随后，团队对辐射单向性开展光学显微角分辨测量，验证了零角度及中心波长的联合光谱选择性。他们还率先开发出毫米量级高精度双层超构光栅，成功演示了同时具备空间频率和光谱频率选择性的高对比度成像功能。

该工作不仅为独立调控角度和波长这一基础性难题提供了创新方案，也为AR/VR显示、光谱成像、相干热辐射、先进半导体制造等技术应用提供了新思路。

该工作得到了国家自然科学基金重点项目、科技部重点研发计划、上海市科委、首批广东省自然科学基金卓越青年团队等经费的的大力支持。

文章链接：https://doi.org/10.1186/s43593-025-00092-y