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        波长和传播方向（角度）是光的两个基本特性。 选择性控制特定波长和特定角度的能力构成了许多高级光学应用的物理基础。 然而，由于周期系统中的本征色散，共振光谱中的角度和波长之间存在内禀锁定关系。 因此，人们普遍认为，改变入射角不可避免地会发生变化光学设备的过滤波长。 谐振光谱中角度和波长之间的这种关系使它们的独立控制具有挑战性，并对光学应用施加了根本性限制。 示例包括色散引起的 AR 波导中的彩虹伪影、宽场成像中横向色散导致的图像质量下降、光电探测器中的角度串扰降低光谱重建精度以及设计高效性的限制定向光源。

        在一篇发表ineLight的新论文中，由中山大学董建温教授和复旦大学周磊共同领导的科学家团队发现，光模式的辐射方向性是克服这一基本挑战的关键。 通过理论分析，他们建立了一个完整的相位图，用于利用辐射方向性工程谐振谱，揭示了空间反演对称性和高度光模式的定向辐射是打破角度-波长锁定的基本物理条件。

         基于此，他们在双层超格栅中引入了一定程度的横向位移。 这种设计在打破垂直镜对称性的同时保留了空间反演对称性，从而能够对辐射方向性进行精确的角度控制。 从理论上讲，他们预测共振反射只发生在正常入射和接近中心波长的地方。 他们还提出了在任意角度和波长下实现空间光谱选择性的通用设计。

         “辐射方向性就像一块'神奇的橡皮擦'，使我们能够沿着色散曲线精确抑制光的光谱特征。 这种能力允许对角度和波长进行独立选择性，克服了固有色散带来的限制，“他们总结道。

         “双层超格栅的实验制造是另一个挑战，因为要实现超薄间隔层的平整度和层之间的精确横向错位，需要复杂的纳米制造技术，“他们补充道。 为了解决这个问题，他们开发了一种新颖的制造方法，涉及多个蚀刻步骤、间接厚度测量和迭代沉积工艺。 这与高精度双层对准技术相结合，成功制造了高质量的近红外工作双层超光栅。该方法提供了优异的间隔区平整度和厚度可调性、~10 nm 的对准精度以及与各种间隔区材料的兼容性，为研究双层光子系统建立了一个灵活的实验平台。

         使用这个平台，他们通过实验证明了仅在单个角度和单个波长上发生高反射率。 为了确认新的反射率根源于辐射方向性，他们还进行了角度分辨光学显微镜测量以表征样品的辐射方向性。 通过将时间耦合模式理论与交叉极化测量技术相结合，他们定量测量了谐振模式的单向辐射。

         此外，研究团队率先开发了毫米级、高精度双层超格栅，并成功实现了在 0° 和 1342 nm 处同时具有空间和光谱频率选择性的高对比度成像。 这为紧凑型光学成像和光学计算技术开辟了新的机会。

         “这项研究不仅提供了一种创新的解决方案来解决独立控制角度和波长的根本挑战，而且还为 AR/VR 显示器、光谱成像、相干热辐射和先进半导体制造等技术应用提供了新的见解，”科学家预测。