OEA封面丨宽带全维度调控超表面开启超高容量矢量全息新纪元。
Opto-Electronic Advances封面论文推荐华中科技大学王健和曾进炜研究团队提出了一种基于介质纯几何相位超表面的宽带全矢量超表面全息方案 ，该方案能够对光场进行全维度调控 ，包括振幅 、相位 、偏振和空间位置 ，进而实现大容量矢量全息图案的编码与重建 。与传统的依赖多层结构或多结构参数的超表面矢量全息实现相比 ，该方法仅通过超表面结构单元的旋转角度编码即可实现对入射光场的全维度调控。
封 面 文 章 He DJ, Wan YJ, Dong YJ et al. Ultra-high-capacity full-vectorial meta- h o l ography. Opto-Electron A dv 9, 250281 (2026).
作者：何登极?、万远剑?、董亚娟、王瑜、朱潇桐、王涛、曾进炜*、王健*?同等贡献作者；*通信作者
研究背景
全息技术是一种利用干涉与衍射原理，通过记录并重建光波的振幅、相位甚至偏振信息，实现三维图像复现的先进光学手段。随着光场操控精度和信息承载密度需求的不断提升，矢量全息术因具备同时调控光的振幅、相位与偏振态的能力，成为现代光学研究的重要发展方向。尤其是在结合超构表面技术后，基于亚波长结构单元对光场精细调制的能力，使矢量全息具备了更高的信息维度和更强的系统集成潜力。相较于传统标量全息仅依赖振幅与相位调制，超构表面矢量全息通过在纳米尺度上引入空间变化的偏振控制机制，为高密度数据存储、安全加密、三维成像和沉浸式显示等应用提供了新的解决思路，也成为近年来该领域的研究热点。
要实现真正意义上的矢量全息，关键在于对光场进行全维度调控，即实现对光场振幅、相位和任意偏振态的独立、连续控制。这一能力是实现矢量光场任意构建、进而完成多维信息编码的基础。然而，目前大多数的矢量全息实现方案，往往依赖多个结构参数的协同调制或通过多层超构表面设计引入更多调控自由度。虽然这些方法在功能实现上取得了进展，但也显著增加了器件复杂性与制造难度，同时限制了器件的宽带工作能力、结构紧凑性及系统集成潜力。因此，如何在单层超表面结构中，实现宽光谱范围内对振幅、相位与任意偏振态的统一而灵活的调控机制，成为当前全矢量全息发展亟待突破的核心问题。
本文亮点
针对这一挑战，华中科技大学王健和曾进炜研究团队提出了一种基于介质纯几何相位超表面的宽带全矢量超表面全息方案，该方案能够对光场进行全维度调控，包括振幅、相位、偏振和空间位置，进而实现大容量矢量全息图案的编码与重建。与传统的依赖多层结构或多结构参数的超表面矢量全息实现相比，该方法仅通过超表面结构单元的旋转角度编码即可实现对入射光场的全维度调控（图1）。
图1基于全维度调控超表面的大容量矢量全息示意图
为了实现这一构想，研究团队利用几何相位结合并行任务设计思想，通过将超表面结构单元的旋转角度分解成3个子角度，每个子角度分别对应特定的光场调控维度，最终实现了宽带的全维度光场调控（图2）。
图2全维调控超表面超元胞示意图及实验装置。(a)设计的全维调制超表面超元胞的侧视图；(b)超元胞的俯视图，其中每个单元的总旋转角度被分解成三个子角度，便于并行调制任务；(c)相移与结构单元旋转角度的关系；(d)用于重建矢量全息图像的实验光路示意图
在实验验证阶段，研究团队首先展示了三个不同的矢量全息图，每个全息图都具有空间定制的偏振特性，其中上下区域用定制的线性或圆偏振状态编码。总的来说，这些全息图包含了全斯托克斯偏振空间，证实了该方案全矢量偏振态控制的能力（图3）。
图3 空间偏振态变化的宽带全矢量全息图。 (a)设计的矢量全息图示意图 ，在LP入射光下 ，上、下两个区域分别用定制的线性或圆偏振状态进行编码； (b)制备的超表面的俯视图和侧视图SEM图像；(c)超表面输出端不同偏振分量下 ，仿真和实验重建的波长为447 nm、 518 nm和637 nm的矢量全息图像
为了进一步扩展矢量全息的能力 ，研究团队还实现了单个超表面能够产生多达50个不同的矢量全息图案（图4） ，每个图案都具有空间变化的偏振分布（例如 ，径向或方位偏振分布） 。 该工作以 Ultra-high-capacity full-vectorial meta-holography 为题作为封面文章发表在Opto-Electronic Advances 2026年第9期上 。研究工作得到了国家自然科学基金、湖北省自然科学基金 ，湖北省光学基础研究中心项目 ，湖北省科技创新计划（重大科技专项） 项目的支持。研究团队来自于华中科技大学武汉光电国家研究中心的多维光子学团队。
图4 超高容量矢量全息复用实验演示。 (a)制备的超表面的俯视图和侧视图扫描电镜图像； (b-d)无偏振片下的目标全息图案 ，数值模拟图像 ，和实验重建图像； (e-h)在447 nm工作波长下 ， 当偏振片旋转0 ° 、45 ° 、90 °和135 °方向时 ，在重建图像中显示出特定的暗区 ，并表现出与角度相关的消光
研究团队简介
王健 ，教授 ， 武汉光电国家研究中心副主任 ， 国家杰出青年科学基金获得者 ， 当选电气与电子工程师协会会士（IEEE Fellow） 、美国光学学会会士（OPTICA Fellow） ， 国际光学工程学会会士（SPIE Fellow） 。 曾入选国家优秀青年科学基金、长江学者奖励计划青年学者、 国家万人计划青年拔尖人才 、 英国皇家学会牛顿高级学者 。 担任美国光学学会会士评选委员会委 员 、 中 国 光 学 学 会 常 务 理 事 、 IEEE Photonics Society 武 汉 分 会 副 主 席 。 入 选 2019— 2023年度全球前2%顶尖科学家、爱思唯尔2020—2022年度中国高被引学者。第一完成人获
教育部自然科学一等奖2次、教育部青年科学奖1次、中国光学学会自然科学一等奖1次和王大珩光学中青年科技人员奖1次。
曾进炜 ，研究员 ，博士生导师。 2007年毕业于华中科技大学光信息工程系获学士学位 ， 2014年9月博士毕业于美国纽约州立大学布法罗分校 ，之后分别于2015—2016年在美国密苏里科技大学 ， 2016—2018年在美国加州大学尔湾分校任博士后研究员 。 2019年入职于华中科技大学武汉光电国家研究中心任副教授 。获湖北省百人计划 。 长期致力于结构光场与纳米结构相互作用的基础理论与应用的研究 ， 尤其专注于光诱导力显微镜在超分辨电磁表征方向的相关研究 。 相关成果发表SCI论文20余篇 ， 其中代表作以第一作者发表在Science Advances, ACS Nano, Nano Letters, ACS Photonics等本领域国际知名期刊。另有发表第一作者邀请专著1章以及专利1项 ，并受邀在领域内国际学术会议做报告十余次。
华中科技大学多维光子学实验室(Multi-Dimensional Photonics Laboratory ， MDPL) 团队长期致力于光场调控 、 多维光通信 、光信号处理 、光电子器件与集成 、硅基光子集成芯片等研究并取得了系列重要成果 。 团队瞄准高速大容量光通信和光子集成芯片等国家重大需求和世界科技前沿 ， 承担了多项国家重点研发计划等项目 ，成果入选美国光学学会重要进展和国家十三五 科技创新成就展。
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来源：光电期刊
