琼斯矩阵虽奇妙白虎 意思，内禀不停却不少。

偏振调相非零丁，参数解耦需新招。

超等原胞扩维度，集成波导添通说念。

片上操控近远场，多维复用建功劳。

近日，南京大学李涛教悔、祝世宁院士团队在超构名义多维光场调控技艺方面赢得新发扬，他们冷漠了一种基于超胞结构的片上集成超构名义瞎想决议，用单层超构名义完成八通说念导模放射振幅、相位的零丁调控，结束了琼斯矩阵的全参数解耦调制，同期结合多种相位调控机制生效演示了地点复用的导模放射调控功能。

图1 片上超构名义琼斯矩阵全参数调制表示图。

超构名义具有亚波长标准下的光场操控才气，在全息显现、显微成像、空间光通讯等解放空间应用中展现了深广的应用后劲。跟着光子集成芯片微型化、多功能化需求的络续增长，超构名义渐渐被引入集成光子器件中，用以进一步升迁性能与拓展功能。其中，具有导模放射的片上超构名义随机完成片上光场到解放空间光场之间愈加生动的退换，可视为传统耦合光栅结构的升级版。频年来，推敲东说念主员基于不同的相位调控机制来结束导模放射调控。推敲团队曾哄骗几何相位、间接相位过头承接调控（Nanophotonics 11， 1923 (2022)，Photonics Res. 11， 2194 (2023)，Nano Lett. 23， 2750 (2023)，Opt. Lett. 48， 3119 (2023)）展示了光束聚焦、轨说念角动量光束生成、全息投影等功能。但是由于调控解放度单一，现存的单层超构名义在零丁复用通说念数目上仍存在截止，制约了其复用才气的升迁。

一般而言，超构名义的偏振反馈特质不错通过2×2的琼斯矩阵来形色。尽管推敲东说念主员冷漠了复振幅肖似、准一语气域不停态等瞎想来升迁片上超构名义的复用才气，但是现存决议中琼斯矩阵可调控的参数仍未突出4个，远莫得达到表面极限值（8个）。在解放空间中，结束琼斯矩阵全参数调制经常需要多层超构名义结构以突破面内对称性，这波及到复杂的加工体式以及瞄准工艺。比拟之下，片上超构名义具有导波引入的特等解放度（间接相位），如安在片上集成架构中充分哄骗这一解放度，升迁片上超构名义复用才气是现时推敲的要津问题。

针对这一问题，推敲团队冷漠了一种基于超胞结构的片上超构名义，通过结合间接相位和几何相位的承接调控机制，在双端口导波照明条目下构建出非对称、非幺正的等效琼斯矩阵，结束了琼斯矩阵全参数调制的功能（图1）。这一瞎想决议丰富了片上超构名义的调控妙技，显赫拓展了多通说念复用才气，为全息显现、造谣本质和光通讯等边界的发展提供了新的可能。

该责任率先在铌酸锂波导上构建了硅超构名义（图2a），在不同导波照明条目下，间接相位（图2b）和几何相位（图2c）承接调控的片上超构名义结束了琼斯矩阵对角项的解耦（Jxy≠Jyx）。不外，此时琼斯矩阵仍为幺正矩阵，这意味着四个矩阵元仍然相互关联，无法皆备解耦。为此，推敲东说念主员冷漠了四原子组合的超胞设策略略（图2d），通过四个幺正矩阵的关连肖似，构建了非幺正、非对称的等效琼斯矩阵，使得各个元素相互零丁。同期，收成于间接相位、几何相位以及超胞结构引入的丰富瞎想解放度（超胞中四原子的转角、平面位置漫步），琼斯矩阵的各个元素随机满足轻易诡计复振幅漫步。

图2 片上超构名义瞎想旨趣。(a) 超构单位表示图。(b-c) 间接相位、几何相位调控机理。(d) 间接相位、几何相位承接调控超胞结构表示图。(e-f) 传播相位调控机理。(g) 间接相位、几何相位与传播相位承接调控超胞结构表示图。

实验上，推敲团队借助遗传算法将四幅纳米打印图像和四幅全息图像对应的复振幅漫步加载到琼斯矩阵的四个元素上，并生效制备了相应的片上超构名义（图3a-b）。在沿+x和+y地点的导波照明下，经水和煦垂直线偏振片分析，导模放射在近场呈现四个希腊字母图像，同期在远场投影出四个英文全息字母（图3c），充分展示了琼斯矩阵全参数调制功能。

图3 琼斯矩阵全参数调制实验考证。(a-b) 实验样品显微镜图和电镜图。(c) 八通说念振幅、相位调控实验效果图。

需要贯注的是，上述决议仅哄骗了导波照明沿正向传播的两个解放度（+x、+y地点），当导波沿反向（-x、-y地点）传播时，对应的琼斯矩阵与正向传播时存在共轭关系，难以结束地点复勤劳能。为此，推敲东说念主员进一步将传播相位引入到片上超构名义瞎想中（图4a），通过与间接相位、几何相位的承接调控机制（图2e-g），突破正反向导模照明下的共轭性的截止，构建了两组相互零丁的等效琼斯矩阵，实验上生效演示了八通说念地点复用的全息调控功能（图4b-d）。

图4琼斯矩阵地点复用调制。(a) 结构表示图。(b-c)实验样品电镜图。(d) 八通说念地点复用全息效果图。

本推敲充分哄骗了导波照明引入的特等解放度，承接多种相位调控机制，为片上超构名义多维调控提供了全新的瞎想想路。这一琼斯矩阵调制门径与其他设策略略(如复振幅关连肖似、相位优化等)兼容，随机进一步加多调制通说念的数目，升迁多路复用才气。此外，借助薄膜铌酸锂优异的电光特质，片上超构名义与铌酸锂光子集成器件的交融有望构建高速的片上动态光场调控器件，为大容量的光通讯、动态显现、造谣本质等提供新的处治决议。

关承接尾以“On-chip multifunctional metasurfaces with full-parametric multiplexed Jones matrix”为题，在线发表于《当然-通讯》（Nat. Commun. 15， 8271 (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-52476-2）。该论文通讯作家为南京大学当代工学院李涛教悔和王志章助理推敲员，第一作家是当代工学院博士推敲活命吉焘，该责任得到祝世宁院士的尽心诱骗。该推敲得到了科技部国度要点研发计算、国度当然科学基金委、南京大学登峰东说念主才计算等模样的因循。

著述取悦：https://www.nature.com/articles/s41467-024-52476-2白虎 意思