介质光子晶体平板中的导模谐振具有独特的光学响应特性，在低阈值激光、结构光场生成与高灵敏传感等领域展现出广阔的应用前景。在介质光子晶体平板中，通过调控结构单元的空间旋转角度，可使每个单元散射出的光携带与转角线性相关的几何相位。基于这一机制，可将光子晶体平板构建为导模谐振相位梯度超表面，实现波前调控。
区别于传统局域超表面，这种具有光场非局域特性的导模谐振超表面具备较高的品质因子与优异的波长选择性，其面内对称性更在动量空间约束出丰富的偏振拓扑结构（如V点、C点、L线等）。以对称保护连续域的束缚态为例，该模式理论上具有无穷大的品质因子，能在动量空间Γ点产生偏振奇点，形成线偏振涡旋分布。因此，当圆偏振光与面内特定动量的线偏振导模谐振耦合时，将发生交叉偏振转换并伴随几何相位突变。基于导模谐振超表面的这种偏振态分布，可以在动量空间产生像素化的相位调控φ(kx，ky)，实现动量空间的波前调控。然而，如何利用非局域共振偏振态在实空间产生像素化的相位调控φ(x，y)，进而实现实空间的波前调控仍是当前亟待突破的挑战。
针对这一挑战，中国科学院苏州纳米所张兴旺研究员团队提出并设计了一种具有三阶旋转对称性的非局域导模谐振超表面。通过激发该结构Γ点的共振线偏振态，成功实现了实空间的波前调控。在该超表面中，当每个超构基元旋转α=π/3时，即可使Γ点的共振线偏振态旋转π（图1）。因此，当入射光为圆偏振时，出射的交叉偏振态能够获得φ=±6α的高阶几何相位。基于这一原理，研究团队成功制备出具有线性空间相位梯度的非局域导模谐振超表面。实验结果表明，该器件在功能上等效于一个手性选择的光束偏转器，能够依据入射光手性的不同，实现偏转角度可控的异常光束偏折。该工作为非局域超表面的光场调控提供了一条新思路。
图1. 基于非局域共振偏振态的相位梯度超表面的工作原理。
该工作以Anomalous Beam Deflection Enabled by Resonant Polarization States in Nonlocal Phase Gradient Metasurfaces为题发表在Laser & Photonics Reviews上。中国科学院苏州纳米所博士后夏梦和博士生周嘉欣为该论文共同第一作者，张兴旺研究员为论文通讯作者。该研究获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金、苏州市科学技术局和江苏省科学技术厅等项目的支持，同时也得到了中国科学院苏州纳米所纳米真空互联实验站（Nano-X）、纳米加工平台的支持。
