傳統(tǒng)光學(xué)器件的技術(shù)參數(shù)與功能是固定的，這給光學(xué)器件與光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用帶來了諸多不便。如果能夠在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)光學(xué)器件的技術(shù)參數(shù)或功能，就可以大幅提升光學(xué)系統(tǒng)的工作性能。因此，可重構(gòu)光學(xué)器件成為了近年來光學(xué)領(lǐng)域的研究焦點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，清華大學(xué)和伯克利加州大學(xué)的研究人員創(chuàng)造性地提出使用相變材料二氧化釩，構(gòu)建新型全固態(tài)的可重構(gòu)光學(xué)平臺(tái)“超畫布”的方法。借助二氧化釩薄膜的相變熱滯回線，研究人員可以在超畫布上實(shí)現(xiàn)幾乎任意光學(xué)元件的快速寫入與無痕擦除。光學(xué)元件的寫入由低功率（約1 mW）的連續(xù)激光和三維移動(dòng)平臺(tái)完成，整個(gè)過程中超畫布的溫度可以保持在90 ℃以下。光學(xué)元件的擦除依靠降低超畫布的溫度實(shí)現(xiàn)，最快僅需約1秒就可以完全擦除超畫布上所有的光學(xué)元件或圖案。
借助激光及溫度調(diào)節(jié)在超畫布上擦寫光學(xué)元件或圖案。
超畫布具有成本低、無需光刻、重構(gòu)速度快等優(yōu)點(diǎn)。文章中，研究人員首先基于超畫布演示了能夠偏折光線的可重構(gòu)光學(xué)器件；接著，使用復(fù)數(shù)塊超畫布搭建了可重構(gòu)光學(xué)系統(tǒng)樣機(jī)，對(duì)光學(xué)現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變過程進(jìn)行了觀測(cè)；最后，展示了使用超畫布進(jìn)行物理仿真，以輔助光學(xué)器件設(shè)計(jì)工作的方法。
基于超畫布的可重構(gòu)光學(xué)器件與可重構(gòu)光學(xué)系統(tǒng)示意圖。
超畫布的研究促進(jìn)了光學(xué)器件與光學(xué)系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，此成果有潛力應(yīng)用到光學(xué)計(jì)算、可重構(gòu)光子電路、生物醫(yī)療、全息圖像等領(lǐng)域中。《先進(jìn)材料》審稿人在評(píng)審意見中指出：“這篇文章展示了可調(diào)超表面領(lǐng)域的一個(gè)巨大的技術(shù)進(jìn)步。”
清華大學(xué)尤政教授指導(dǎo)的精密儀器系2017屆博士畢業(yè)生董愷琛、伯克利加州大學(xué)已出站的博士后洪錫濬（Sukjoon Hong）和博士研究生鄧洋為該文章的共同第一作者。該項(xiàng)研究得到了中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金、美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金、清華-富士康納米科技研究中心等方面的支持。
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