南京大學(xué)彭茹雯教授、王牧教授研究組聯(lián)合美國東北大學(xué)劉詠民教授研究組，創(chuàng)新性地引入光學(xué)響應(yīng)噪聲調(diào)控，成功突破光學(xué)超構(gòu)表面偏振復(fù)用極限，為發(fā)展高容量光學(xué)顯示、信息加密、數(shù)據(jù)存儲提供了新范式。 4
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偏振是光的基本性質(zhì)，在信號傳輸、傳感探測等方面起著重要的作用，被廣泛應(yīng)用于光子學(xué)和信息技術(shù)的多個領(lǐng)域。比如光的偏振可應(yīng)用于大容量的復(fù)用技術(shù)，將信息通過多個獨立通道傳遞到預(yù)定目標(biāo)。隨著光學(xué)器件的小型化，人們發(fā)現(xiàn)在諸如光學(xué)超構(gòu)表面的二維平面系統(tǒng)中，二階瓊斯矩陣能夠完整刻畫偏振光與其相互作用，從而該體系最多只有3個獨立偏振通道，造成偏振復(fù)用存在內(nèi)稟極限。近年來盡管基于機器學(xué)習(xí)和迭代優(yōu)化等逆向設(shè)計方案很好地優(yōu)化了偏振復(fù)用技術(shù)，但是，3個獨立偏振通道的物理極限始終存在。打破該物理上限對于發(fā)展高容量的光學(xué)顯示、信息加密、數(shù)據(jù)存儲等應(yīng)用至關(guān)重要。 AozmO  
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最近，南京大學(xué)彭茹雯和王牧研究組與美國東北大學(xué)劉詠民研究組合作，創(chuàng)新性地在超構(gòu)表面系統(tǒng)中，引入光學(xué)響應(yīng)關(guān)聯(lián)噪聲來產(chǎn)生新的偏振通道，引入非關(guān)聯(lián)噪聲來減弱或消除信號串?dāng)_，從而突破超構(gòu)表面偏振復(fù)用的物理極限，理論演繹并實驗證實利用單一超構(gòu)表面成功獲得高達11個獨立偏振通道，該超構(gòu)表面在不同偏振的單色可見光照射下可觀測到11種獨立的全息圖像。該研究結(jié)果為目前光學(xué)超構(gòu)表面偏振復(fù)用的最高獨立通道數(shù)，并且通過改變閾值條件，該物理上限還可以進一步提升�；�于該理論策略，研究團隊又進一步證實這種新型的偏振復(fù)用技術(shù)能夠與其它復(fù)用技術(shù)（比如空間復(fù)用，角動量復(fù)用等）相融合。作為示例，研究團隊將偏振復(fù)用與空間位置復(fù)用結(jié)合，利用單一超構(gòu)表面（大小僅為0.33mm × 0.33mm）在可見光波段產(chǎn)生出36重獨立的全息圖像，形成光學(xué)全息鍵盤圖案。該研究為發(fā)展亞波長尺度下高容量光學(xué)顯示、信息加密、數(shù)據(jù)存儲提供新思路，在光通信和互聯(lián)、光計算、光傳感與探測、增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實（AR/VR）技術(shù)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 x0\e<x9s  
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在該工作中，研究團隊首先發(fā)展出引入光學(xué)響應(yīng)噪聲調(diào)控來打破偏振復(fù)用容量極限的理論方案。如圖1所示，通過設(shè)計含有多個共振單元的二維納米結(jié)構(gòu)，其對應(yīng)瓊斯矩陣的對角元和非對角元都可以被獨立調(diào)控，能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)設(shè)計中的3個獨立偏振通道。如果期望實現(xiàn)M個偏振通道的復(fù)用，數(shù)學(xué)上三個瓊斯矩陣元需要滿足圖1A中的線性方程組(圖中以M=4為例)。但是在M>3的情況下，這一超定方程組不存在多于3個的獨立解，因此，研究團隊針對偏振復(fù)用方程組求解出最小二乘近似解（而非精確解），即有意引入光學(xué)響應(yīng)的關(guān)聯(lián)噪聲來產(chǎn)生新的偏振通道，比如新出現(xiàn)的第四個偏振通道展示不同圖像（如圖1B所示）。然而，關(guān)聯(lián)噪聲的引入雖然能產(chǎn)生新的偏振通道，但是不同通道之間存在一定的串?dāng)_。為了消除這種串?dāng)_，保證信道的獨立性，研究團隊進一步引入強度可調(diào)的非關(guān)聯(lián)噪聲，減弱甚至消除信號串?dāng)_（如圖1C所示），并最終實現(xiàn)多通道偏振復(fù)用超構(gòu)表面（如圖1D所示）。 }+Rgx@XZ\  
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