近日，实验室李阳、高嵩课题组与澳大利亚国立大学、韩国光云大学以及南开大学的研究人员合作，在双层全介质超构表面光子器件的研究中取得重要进展，研究成果以“Dielectric Polarization-Filtering Metasurface Doublet for Trifunctional Control of Full-Space Visible Light”为题发表在国际顶级期刊《Laser & Photonics Reviews》上，并被遴选为最新一期的内封面。实验室高嵩副教授为论文第一作者，李阳副教授、岳文静副教授与澳大利亚国立大学Duk-Yong Choi副教授为论文共同通讯作者，该文章是济南大学以第一单位发表在本期刊上的首篇论文。

超构表面是一类由亚波长微纳结构组成的二维平面阵列，可在单层表面上实现电磁波多维属性的任意调控，为传统光学元件大体积、功能单一等问题的解决提供了新的参考，在过去十余年间引起了国内外学术界与工业界的广泛关注。针对现阶段超构表面器件仅可实现对透射或反射半空间电磁波调控的局限性，我国科研人员在国际上首次提出了基于五层金属架构的多层等离子超构表面器件，实现了微波频段全空间透反射电磁波的调控，有效提升了信号的空间利用率。然而，较高的设计与加工复杂度以及急剧下降的光调控效率是将该设计策略应用在可见光频段时所面临的两大难题。

针对上述难题，该研究团队创新性地提出了一种高效、简便的双层硅超构表面架构，大幅降低了全空间域多功能光波调控器件的设计复杂度。首先提出采用矩形单元晶胞来打破方形单元晶胞下的偏振响应对称性，通过扫描晶胞内部硅超构原子特征尺寸发现并获得了一类可实现正交线偏振光高效透反射且又有着满足光束波前“整形”所需2π相位调控能力的“滤偏超构原子”，并进一步构筑了基于此类超构原子的双层超构表面，其可在不同光入射方向与偏振态组合下实现三重互不相同的光束调控功能。在双层超构表面的设计中，研究团队特别考虑了规避两层超构原子的共同作用，仅选用一层结构来实现透射光波的相位调控，以避免目标透射光波前受到干扰。同时，受益于单层超构原子所具备的偏振响应特性，层间距离及错位不会对器件的效率产生影响。团队设计了一款在透射空间实现聚焦涡旋光束、在两种反射空间实现不同离轴聚焦的多功能超构表面器件，采用具有高对准精度的标准电子束光刻工艺和两步剥离工艺完成器件的制备，并在实际测试中成功观测到所有设计的功能，有效验证了该想法。该设计策略大幅降低了全空间型多功能超构表面器件的设计与加工复杂度，有望为全空间域超构表面的后续研究提供新的理论与应用参考。

《Laser & Photonics Reviews》是经由同行评审的双月刊期刊，涵盖光学科学各个方面的研究，由Wiley-VCH出版，包含综述、论文、快讯文章等内容，于2008年创刊，年文章数在2020年达到历史新高181篇，2021年公布的期刊影响因子13.138，在99本光学领域期刊中排名第4，中科院物理1区Top。