漏波超表面　4種不同光學器件改變應用方式

編譯／高晟鈞

自由空間光學，指的是光在自由空間，利用無線通訊的形式傳輸數據，被用於電信或計算機網路中，與一般使用光纖電纜等實體形成的通信技術略有不同。而集成光子學，則是透過將若干光學器件集成在一個半導體上，例如光子陣列、光發射器等等。

近期，來自哥倫比亞工程學院的研究人員，結合了兩種領域，並成功地開發出一混和系統──漏波超表面（Leaky-wave Metasurfaces）。該系統可以用自由空間光學來塑造光的波前和集成光子學來進行光學數據的處理，用來改進光學顯示器、LIDAR（光探測和測距）、光通信和量子光學。

當電磁波沿行波結構傳播時，若沿此結構不斷地產生輻射，所輻射的波稱為漏波。而能夠產生這種漏波的表面，便被稱為漏波超表面。該文獻作者Nanfang Yu與他的研究團隊，通過實驗證明了，這些超表面可以將沿著橫截面傳遞的波導，轉換為自由空間發射，。

Yu教授所開發的光學混和系統，主要可以設計成4種不同的光學器件。首先是可以在自由空間產生焦點的漏波超透鏡，可以在光學集成晶片（PIC）中間形成低損耗、高容量的自由空間光通路。第二，則是一種漏波渦旋光束髮生器，可以產生具有開瓶器形狀波前的光束，使用PIC來處理光信息，並使用具有整形波前的光波來進行光通信。

第三種器件稱為漏波光經格發射器，可以產生數百個焦點，在自由空間中形成特殊的晶格圖案。利用漏波超表面的特性，從而使研究人員可以觀察到奇異的量子光學現象，並使得便攜式量子光學裝置成為可能（原子鐘）。最後則是一種漏波全息圖，可以同時置換四個不同的圖像，兩個位於自由空間，另外兩個位於器件平面。這對於製造更逼真的全息3D顯示器有著重要影響。

資料來源:Phys.org

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