光的動(dòng)態(tài)高分辨率波前調(diào)制是光子學(xué)中一個(gè)長(zhǎng)期的研究課題。通過(guò)納米級(jí)光學(xué)元件或超分子，超表面已顯示出潛力，可以實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)分辨率的光處理，從而克服傳統(tǒng)空間光調(diào)制器的局限性。目前，最先進(jìn)的有源超表面是通過(guò)對(duì)超原子的相位調(diào)制來(lái)操作的，它們無(wú)法獨(dú)立控制散射振幅，導(dǎo)致所需波陣面的重建較差。這一基本問(wèn)題對(duì)依賴于亞波長(zhǎng)時(shí)空復(fù)合場(chǎng)調(diào)制（包括動(dòng)態(tài)全息、高分辨率成像、光鑷和光學(xué)信息處理）的應(yīng)用提出了嚴(yán)重的性能限制。在這里，我們提出了“元分子”策略，其中包含兩個(gè)獨(dú)立的亞波長(zhǎng)散射體，由貴金屬天線耦合到柵極，可調(diào)諧石墨烯等離子體納米諧振器。該分子的雙參數(shù)控制確保了光的振幅和相位的完全控制，使2π相移和包括完美吸收的大振幅調(diào)制成為可能。我們進(jìn)一步開發(fā)了一個(gè)普通的圖解模型來(lái)檢查完全復(fù)振幅調(diào)制的基本要求，提供了直觀的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，以最大限度地提高亞表面的可調(diào)諧性。為了說(shuō)明我們?cè)O(shè)計(jì)的可重構(gòu)性，我們演示了周期排列的超分子中的動(dòng)態(tài)光束控制和全息波前重建。
Figure 1. （a）由一對(duì)獨(dú)立控制的石墨烯等離子體元原子組成大分子的示意圖。反射的（b）振幅圖和（c）相圖。反射的橫向磁場(chǎng)分量（H
y/H
0），（d）沿實(shí)心藍(lán)線顯示出具有恒定幅度（| r | = 0.5）的相位調(diào)制，以及（e）沿著紅色實(shí)線顯示出具有恒定相位（? = 0）的完美吸收的幅度調(diào)制。在（d）和（e）中，比例尺為4μm。代表性電場(chǎng)（|E|/|E
0|）分布在（f）具有固定振幅和（g）具有固定相位的元分子周圍。在（f）和（g）中，比例尺為500nm。
Figure 2. 在理想情況下，顯示為閉合圓的（a）表面導(dǎo)納和（b）復(fù)振幅。在實(shí)際情況下，呈現(xiàn)電弧的（c）表面導(dǎo)納和（d）復(fù)振幅。
Figure 3. （a）元原子電路模型的示意圖。（b）當(dāng)螺距隨固定金屬間隙變化時(shí)，用電路模型計(jì)算表面導(dǎo)納。（c）當(dāng)金屬間隙隨固定螺距變化時(shí)，用電路模型計(jì)算表面導(dǎo)納。
Figure 4.光束轉(zhuǎn)向的角度（θ
r）為（a）20.9°，（b）45.5°，（c）72.0°。（d）光束轉(zhuǎn)向的散射參數(shù)（|S|）的大小。（e）元分子全息波前計(jì)算與重建原理圖。（f） 在自由空間，波長(zhǎng)（λ
0）為7μm，(x,z)=(0μm,7μm) 處單聚焦的反射磁強(qiáng)度（|H|
2/|H
0|
2）分布。（g）三重聚焦的磁場(chǎng)強(qiáng)度（|H|
2/|H
0|
2）分布。
相關(guān)研究成果于2020年由韓國(guó)高等科學(xué)技術(shù)學(xué)院電氣工程學(xué)院Min Seok Jang課題組，發(fā)表在ACS NANO（DOI: 10.1021/acsnano.9b09277）上。原文：Complete Complex Amplitude Modulation with Electronically Tunable Graphene Plasmonic Metamolecules。
