洪孝荣，陈珊珊，李家方 *

（1.北京理工大学物理学院教育部先进光电量子结构设计与测量重点实验室，北京 100081；2.北京理工大学物理学院北京市纳米光子学与超精密光电系统重点实验室，北京 100081）

1 引 言

近10年以来，光学超构表面(Optical Metasurfaces)在电磁操控方面取得了一系列的进展，如通过对光场的振幅[1-7]、相位[6,8-12]、偏振态[6,13-17]、频率[18-19]、角频域色散[20]等物理量及物理性质的调控，实现了消色差超构透镜[21-26]、超全息术[27-33]、非线性调控[18,34-37]、OLED显示[38]等一系列成果。然而，广泛实现超构表面的器件应用还需要开发其对光场的动态调控功能。为此，人们研究了基于热光效应[39-40]、负载电压[41-42]、载流子注入[43-44]、相变材料[45-46]等的动态超构表面。但是，这些研究仍处于初始阶段，目前比较有应用前景的还是与传统微纳机电系统(MEMS/NEMS)相结合的空间光调控。例如，2018年Capasso课题组提出与MEMS或可拉伸薄膜材料相结合的可调谐超构表面[47-48]，Faraon 课题组也提出基于MEMS的电介质超构表面[49]，特别是2019年Science报道的基于液晶的超构表面结构极大地提升了动态调控超构表面走向应用的信心。2020年，武汉光电国家研究中心及新加坡洪明辉院士提出数字微镜芯片(DMD)结合超构表面的动态调控方式[50]，德国刘娜课题组[51]、哈尔滨工业大学肖淑敏课题组[52]等也相继提出液晶结合超构表面的调控方式。

当然，这一研究趋势也遇到了一些挑战：首先，将超构表面结构与液晶相结合的构型，大大提高了器件的复杂度和制备的难度；其次，液晶器件的响应速度在1 kHz，而当前DMD芯片的响应速度极限在50 kHz，导致集成器件的响应速度较慢；……