2022年2月，我院助理教授吴丹 课题组与合作单位，以“实现逆向设计高效率大角度光束偏转的超光栅（Realizationof Inversely Designed Metagrating for Highly Efficient Large Angle Beam deflection）”为题在Optics Express发表最新研究成果。Optics Express是美国光学学会（OSA）主办的老牌经典期刊，出版光学领域的重要研究成果，2020年影响因子3.894（物理大类JCRQ1，RANK28/192）。吴丹助理教授为该文章的共同第一作者。

三维显示可以重现三维物体的全部信息，在其多种技术路线中，全息显示可以实现真正的三维显示，即还原物体原有的全部信息，但是受限于显示处理数据过多，暂时无法得到大规模的应用。多视角的三维显示通过处理有限的视角数目的显示信息，可以实现接近全息显示的三维显示效果，被认为是目前有希望实现三维显示的途径之一。然而，多视角三维显示可视角有限，且存在不同信道之间的串扰问题。低效率的指向性光源，尤其是在大角度时的低效率，是造成这些问题的源头。传统的指向性光源可以通过几何光学或微纳光学调控获得却无法有效的对光进行调控。

本文中，我们提出了一种逆向设计超光栅的方式，可以实现高效率、大角度，并适用于多波长入射的超光栅，其仿真和实验结果均证实了其对光束在大角度偏转时的调控能力。这种逆向设计方式实现了超光栅周期内，出射光全相位的调控，在指定的衍射级数上可以实现光栅内Bloch模式的相涨干涉，从而保证了指定角度上的高效率出光。在指定30°到80°的偏转范围内，其光束偏转效率可以达到82.02%-98.68%。实验制备所得的基于Si的高效率光束偏转的超光栅进一步证明了这种设计方式的实用性。另外，这种逆向设计的方式也对多波长，包括红光(620nm)，绿光(530nm)，蓝光(460nm)的入射光有效，有希望用于未来的三维显示中。

全文链接：https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-30-5-7566&id=469626

图. 超光栅示意图、Bloch模式调控、多波长入射偏转、超光栅SEM图、实验偏转结果。