光学超材料的本领不只有隐形(2)
在通信领域，光学超材料已有非常成熟的应用。光子晶体光纤从本质上讲也是一种光学超材料，要通过人为的制备和加工才能够形成这样的微结构光纤。杨振宇表示，学术界对光子晶体光纤的研究已经有十几年的历史，这种光纤在很多光学应用场合都占据一席之地。
智能超表面则是光学超材料领域的一项新的“黑科技”。作为一种基础性创新技术，智能超表面具有低成本、低能耗、可编程、易部署等突出优点，对6G通信技术发展有重要作用。“当我们通过提高电磁波的载波频率来提高信息容量的同时，电磁波的定向性也会随之加强，就像家里的Wi-Fi信号从覆盖整间屋子变成了只有固定的几个方向信号强。而智能超表面可以通过设计信号覆盖的局域位置，让每个角落都有信号。”缪灵表示，除了在家庭环境中，智能超表面还可以在楼宇间布置，减少高楼大厦对信号尤其是高频段信号的遮挡效应。
2021年，华中科技大学武汉光电国家研究中心陶光明教授团队与浙江大学马耀光教授团队、中国纺织科学研究院有限公司等多家单位开展交叉学科联合创新，基于形态学分级设计研发出无源降温光学超材料织物。该织物实现了太阳辐射波段92.4%的反射率以及中红外波段94.5%的发射率。其降温效果好，可穿戴性能高，应用前景广阔，入选应用研究类“2021中国光学十大进展”。
走向产业化充满机遇和挑战
从实验室走向产业化、市场化的过程往往充满困难和挑战，光学超材料也不例外。“任何技术或者理论要想推向市场并获得广泛应用，都建立在制备工艺可实现规模化生产的基础上，但目前仅二维的光学超表面的制备难度就已经非常高了。”杨振宇表示，光学超表面的微结构特征尺度大都在几十纳米到百纳米的亚光学波长量级，要想实现大面阵的微结构加工，就需要克服高成本、长制备周期等问题。
“光学超材料的应用并不是孤立的，不仅要考虑超材料本身的设计制备，还要考虑在与其他已有器件集成的过程中如何更好地结合。此外我们还希望做出来的光学超材料具有可控性、稳定性，这些都是今后研究的重点和难点。”杨振宇说。
缪灵认为，找到一个好的应用场景，是让光学超材料从科研走向应用的关键所在。尽管距离“隐身衣”的实现还很遥远，但光学超材料对人们生活方方面面的改变，依然值得期待。“比如电磁超表面可以和智慧道路结合起来。现在的汽车越来越智能化，通过毫米波雷达可以和智慧道路不断进行交互。电磁超表面的应用可以让汽车的雷达信号源与道路交互的时候信号互相不干扰，并一直保持强信息交互。”他介绍。
光学超表面的应用还有望替代传统的光学镜头，实现平面化、多模式的成像方式，在成像效果不变甚至更强大的前提下让手机、相机的镜头变得更轻薄，提升便携性。“超材料还可以用于AR、VR设备，让显示效果更好，设备重量更轻，增强人们的体验感和佩戴舒适感。”张诚说。
(责编：罗知之、陈键)
